Verweis auf verwandte AnmeldungenReference to related applications
Diese
Anmeldung ist eine Teilfortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung
mit laufender Nummer 09/246 458, eingereicht am 08. Februar 1999.These
Application is a continuation-in-part application of the US patent application
with serial number 09/246 458 filed on 08 February 1999.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
1. Feld der Erfindung1. Field of the invention
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines
Jitters in einem Mikrocomputer. Genauer gesagt betrifft die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters in einer in
einem Mikrocomputer verwendeten Takterzeugungsschaltung.The
The present invention relates to a device for measuring a
Jitters in a microcomputer. More specifically, the present invention relates
Invention an apparatus for measuring a jitter in a in
a clock generating circuit used in a microcomputer.
2. Beschreibung des Standes
der Technik2. Description of the state
of the technique
In
den letzten 30 Jahren hat die Zahl von Transistoren auf einem VLSI-(very
large scale integrated circuit)-Chip nach Moore's Gesetz exponentiell zugenommen, und
auch die Taktfrequenz eines Mikrocomputers hat nach Moore's Gesetz exponentiell
zugenommen. Zur Zeit ist die Taktfrequenz dabei, die Grenze von
1,0 GHz zu überschreiten
(siehe z. B. Naoaki Aoki, H. P. Hofstee, und S. Dong; "GHz MICROPROCESSOR", INFORMATION PROCESSING
Band 39, Nr. 7, Juli 1998). 1 ist ein
Graph, der die Entwicklung der Taktperiode in einem Mikrocomputer
zeigt, veröffentlicht
in Semiconductor Industry Association: "The National Technology Roadmap for
Semiconductors, 1997".
In 1 ist auch ein RMS-Jitter (Effektiv-Jitter) aufgetragen.In the last 30 years, the number of transistors on a VLSI (very large scale integrated circuit) chip has increased exponentially according to Moore's Law, and the clock frequency of a microcomputer has also increased exponentially according to Moore's Law. At present, the clock rate is about to exceed the 1.0 GHz limit (see, eg, Naoaki Aoki, HP Hofstee, and S. Dong; "GHz MicroProcessor,""InformationProcessing," Volume 39, No. 7, July 1998). , 1 Figure 4 is a graph showing the evolution of the clock period in a microcomputer published in the Semiconductor Industry Association: "The National Technology Roadmap for Semiconductors, 1997." In 1 is also an RMS jitter (effective jitter) applied.
In
einem Kommunikationssystem werden eine Trägerfrequenz und eine Trägerphase
oder eine Symbolzeitsteuerung durch Anwendung nichtlinearer Operationen
auf ein empfangenes Signal und durch Eingeben des Ergebnisses des
nichtlinearen Prozesses in eine Phasenkoppeischleifenschaltung (PLL)
regeneriert. Diese Regeneration entspricht der Maximum-Likelihood-Parameterabschätzung. Wenn
jedoch ein Träger
oder ein Datenwert aus dem empfangenen Signal aufgrund eines Einflusses
von Rauschen oder dergleichen nicht korrekt regeneriert werden kann,
kann eine Neuübertragung
vom Sender angefordert werden. In einem Kommunikationssystem wird
ein Taktgenerator auf einem von den anderen Komponenten getrennten
Chip ausgebildet. Dieser Taktgenerator ist auf einem VLSI-Chip unter
Verwendung von Bipolartechnologie, GaAs-Technologie oder CMOS-Technologie
ausgebildet.In
A communication system becomes a carrier frequency and a carrier phase
or symbol timing by applying non-linear operations
to a received signal and by inputting the result of
non-linear process into a phase-locked loop circuit (PLL)
regenerated. This regeneration corresponds to the maximum likelihood parameter estimation. If
but a carrier
or a data value from the received signal due to an influence
from noise or the like can not be correctly regenerated,
can be a retransmission
be requested by the sender. In a communication system is
a clock generator on one separate from the other components
Chip formed. This clock generator is on a VLSI chip under
Use of bipolar technology, GaAs technology or CMOS technology
educated.
Bei
vielen Mikrocomputern wird die Ausführung eines Befehls durch ein
Taktsignal mit einer konstanten Periode gesteuert. Die Taktperiode
dieses Taktsignals entspricht einer Zykluszeit eines Mikrocomputers. (Siehe
z. B. Mike Johnson; "Superscale
Microprocessor Design",
Prentice-Hall, Inc., 1991). Wenn die Taktperiode zu kurz ist, wird
ein synchroner Betrieb unmöglich,
und das System sperrt. In einem Mikrocomputer ist ein Taktgenerator
auf dem gleichen Chip mit anderen logischen Schaltungen integriert. 2 zeigt
als ein Beispiel einen Pentium-Chip. In 2 kennzeichnet
ein weißes
Quadrat () eine Takterzeugungsschaltung. Dieser Mikroprozessor wird
unter Verwendung eines CMOS-(complementary metal-oxide semiconductor)-Prozesses hergestellt.In many microcomputers, the execution of a command is controlled by a clock signal having a constant period. The clock period of this clock signal corresponds to a cycle time of a microcomputer. (See, for example, Mike Johnson, "Superscale Microprocessor Design", Prentice-Hall, Inc., 1991). If the clock period is too short, synchronous operation becomes impossible and the system locks. In a microcomputer, a clock generator on the same chip is integrated with other logic circuits. 2 shows as an example a Pentium chip. In 2 a white square () denotes a clock generating circuit. This microprocessor is manufactured using a CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) process.
In
einem Kommunikationssystem ist der durchschnittliche Jitter oder
der RMS-Jitter wichtig. Der RMS-Jitter trägt zu einem durchschnittlichen
Rauschen des Signal-Rausch-Verhältnisses
bei und erhöht
die Bitfehlerrate. Andererseits bestimmt in einem Mikrocomputer
der schlechteste Momentanwert mancher Parameter die Arbeitsfrequenz.
Das heißt,
der Spitze-Spitze- oder Peak-to-Peak-Jitter
(der schlechteste Wert des Jitters) bestimmt die obere Grenze der
Arbeitsfrequenz.In
A communication system is the average jitter or
the RMS jitter important. The RMS jitter contributes to an average
Noise of the signal-to-noise ratio
at and increased
the bit error rate. On the other hand, determined in a microcomputer
the worst momentary value of some parameters is the working frequency.
This means,
the peak-to-peak or peak-to-peak jitter
(the worst value of the jitter) determines the upper limit of the
Operating frequency.
Deshalb
wird für
die Prüfung
einer PLL-Schaltung in einem Mikrocomputer ein Verfahren zum genauen Messen
eines Momentanwertes des Jitters in einer kurzen Zeitspanne benötigt. Da
Jittermessung auf dem Gebiet der Kommunikation entwickelt worden
ist, gibt es gegenwärtig
kein Meßverfahren,
das auf dem Gebiet der Mikrocomputer dieser Anforderung entspricht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
genauen und schnellen Messen eines Momentanwertes des Jitters anzugeben.Therefore
is for
the exam
a PLL circuit in a microcomputer a method for accurate measurement
an instantaneous value of the jitter needed in a short period of time. There
Jitter measurement in the field of communication has been developed
is, there is currently
no measuring method,
which corresponds to this requirement in the field of microcomputers.
It is an object of the present invention to provide a method for
precise and rapid measurement of an instantaneous value of the jitter.
Zum
Prüfen
einer PLL-Schaltung in einem Kommunikationssystem hingegen wird
ein Verfahren zum genauen Messen eines RMS-Jitters benötigt. Ein
Meßverfahren
existiert und wird in der Praxis verwendet, allerdings benötigt es
etwa 10 Minuten Meßzeit. 3 zeigt
eine vergleichende Übersicht über Taktgeneratoren bei
einem Mikrocomputer und einem Kommunikationssystem.On the other hand, to test a PLL circuit in a communication system, a method of accurately measuring an RMS jitter is needed. A measuring method exists and is used in practice, but it takes about 10 minutes of measurement time. 3 shows a comparative overview of clock generators in a microcomputer and a communication system.
Eine
Phasenkoppelschleife (PLL-Schleife) ist ein rückgekoppeltes System. In einer
PLL-Schaltung werden eine Frequenz und eine Phase θi eines gegebenen Referenzsignals mit einer
Frequenz und einer Phase θ0 einer internen Signalquelle verglichen,
um die interne Signalquelle unter Ausnutzung der Differenzen dazwischen
so zu steuern, daß die
Frequenzdifferenz oder die Phasendifferenz minimiert werden kann.
Deshalb umfaßt
ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO), der eine interne Signalquelle
einer PLL-Schaltung ist, eine Komponente oder Komponenten, deren
Verzögerungszeit
variierbar ist. Wenn in diesen Oszillator eine Gleichspannung eingegeben
wird, wird eine wiederkehrende Wellenform mit einer zu dem Gleichstromwert
proportionalen konstanten Periode ausgegeben.A phase locked loop (PLL loop) is a feedback system. In a PLL circuit, a frequency and a phase θ i of a given reference signal are compared with a frequency and a phase θ 0 of an internal signal source to control the internal signal source by utilizing the differences therebetween so as to minimize the frequency difference or the phase difference can. Therefore, a voltage controlled oscillator (VCO), which is an internal signal source of a PLL circuit, includes a component or components whose delay time is variable. When a DC voltage is input to this oscillator, a recurring waveform having a constant period proportional to the DC value is output.
Die
PLL-Schaltung, die die vorliegende Erfindung betrifft, umfaßt einen
Phase-Frequenz-Detektor, eine Ladungspumpschaltung, einen Schleifenfilter
und einen VCO. 4 zeigt eine Grundschaltungskonfiguration
einer PLL-Schaltung in Blockdiagrammform. Im folgenden wird die
Arbeitsweise jeder der Schaltungskomponenten kurz beschrieben.The PLL circuit relating to the present invention comprises a phase-frequency detector, a charge pump circuit, a loop filter and a VCO. 4 shows a basic circuit configuration of a PLL circuit in block diagram form. The operation of each of the circuit components will be briefly described below.
Ein
Phase-Frequenz-Detektor ist eine digitale sequentielle Schaltung. 5 ist
ein Blockschaltbild, das eine Schaltungskonfiguration eines Phase-Frequenz-Detektors
zeigt, der zwei D-Flipflops D-FF1 und D-FF2 und ein AND-Gatter umfaßt. Ein
Referenztakt wird an einen Taktanschluß ck des ersten D-Flipflops D-FF1
angelegt, und ein PLL-Takt wird an einen Taktanschluß ck des
zweiten D-Flipflops D-FF2 angelegt. Ein logischer Wert "1" wird jedem Dateneingabeanschluß d zugeführt.A phase-frequency detector is a digital sequential circuit. 5 Fig. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of a phase-frequency detector comprising two D-type flip-flops D-FF1 and D-FF2 and one AND-gate. A reference clock is applied to a clock terminal ck of the first D flip-flop D-FF1, and a PLL clock is applied to a clock terminal ck of the second D flip-flop D-FF2. A logical value "1" is supplied to each data input terminal d.
Wenn
bei der oben beschriebenen Schaltungskonfiguration die zwei Q-Ausgaben
beider Flipflops gleichzeitig "1" werden, setzt das
AND-Gatter beide Flipflops zurück.
Der Phase-Frequenz-Detektor
gibt in Abhängigkeit
von der Phasendifferenz und der Frequenzdifferenz zwischen den zwei
Eingabesignalen ein AUF-Signal zum Erhöhen der Frequenz oder ein AB-Signal
zum Verringern der Frequenz aus. (siehe z. B. R. Jacob Baker, Henry
W. Li und David E. Boyce; "CMOS
Circuit Design, Layout, and Simulation", IEEE Press, 1998).If
in the circuit configuration described above, the two Q outputs
both flipflops simultaneously become "1", that sets
AND gate both flip flops back.
The phase-frequency detector
gives in dependence
from the phase difference and the frequency difference between the two
Input signals an UP signal to increase the frequency or an AB signal
to reduce the frequency. (See, for example, R. Jacob Baker, Henry
W. Li and David E. Boyce; "CMOS
Circuit Design, Layout, and Simulation ", IEEE Press, 1998).
6 zeigt
ein Zustandsübergangsdiagramm
eines Phase-Frequenz-Detektors (PFD). Der Phase-Frequenz-Detektor ändert den Zustand an steigenden
Flanken eines Referenztaktes und eines PLL-Taktes. Wenn z. B. wie
in 7 gezeigt die Frequenz eines Referenztaktes 40
MHz und die Frequenz eines PLL-Taktes 37 MHz ist, wird zum Erhöhen der
Frequenz während
eines Zeitintervalls zwischen den zwei steigenden Flanken ein AUF-Signal
ausgegeben. Eine entsprechende Operation wird auch durchgeführt, wenn
eine Phasendifferenz zwischen dem Referenztakt und dem PLL-Takt
vorhanden ist. Der Phase-Frequenz-Detektor hat im Vergleich mit
einem Phasendetektor, der eine Exklusiv-ODER-Schaltung verwendet,
folgende Merkmale (siehe z. B. R. Jacob Baker, Henry W. Li, und
David E. Boyce; "CMOS
Circuit Design, Layout and Simulation", IEEE Press, 1998.)
- (i)
Der Phase-Frequenz-Detektor arbeitet an einer steigenden Flanke
eines Eingabetaktes und ist nicht auf die Gestalt der Wellenform
wie etwa eine Pulsbreite des Taktes bezogen.
- (ii) Der Phase-Frequenz-Detektor koppelt nicht an eine Harmonische
der Referenzfrequenz.
- (iii) Da in einem Zeitraum, in dem die Schleife gekoppelt ist,
beide Ausgaben logisch "0" sind, wird an der Ausgabe
des Schleifenfilters keine Restwelligkeit erzeugt.
6 shows a state transition diagram of a phase-frequency detector (PFD). The phase-frequency detector changes state on rising edges of a reference clock and a PLL clock. If z. B. as in 7 If the frequency of a reference clock is 40 MHz and the frequency of a PLL clock is 37 MHz, an UP signal is output to increase the frequency during a time interval between the two rising edges. A corresponding operation is also performed when there is a phase difference between the reference clock and the PLL clock. The phase-frequency detector has the following features as compared with a phase detector employing an exclusive-OR circuit (see, for example, Jacob Baker, Henry W. Li, and David E. Boyce; "CMOS Circuit Design, Layout and Simulation ", IEEE Press, 1998.) - (i) The phase-frequency detector operates on a rising edge of an input clock and is not related to the shape of the waveform, such as a pulse width of the clock.
- (ii) The phase-frequency detector does not couple to a harmonic of the reference frequency.
- (iii) Since in a period in which the loop is coupled, both outputs are logic "0", no ripple is produced at the output of the loop filter.
Der
Phase-Frequenz-Detektor ist hochempfindlich auf eine Flanke. Wenn
eine Flanke eines Referenztaktes aufgrund von Rauschen nicht erkannt
werden kann, bleibt der Phase-Frequenz-Detektor in einem Zustand hängen. Bei
einem auf einer Exklusiv-ODER-Schaltung basierenden Phasendetektor
hingegen ist die durchschnittliche Ausgabe 0 (Null), auch wenn keine
Flanke erkannt werden kann. Deshalb
- (iv) ist
der Phase-Frequenz-Detektor empfindlich gegen Rauschen.
The phase-frequency detector is highly sensitive to a flank. If an edge of a reference clock can not be detected due to noise, the phase-frequency detector remains stuck in a state. On the other hand, with a phase detector based on an exclusive-OR circuit, the average output is 0 (zero) even if no edge can be detected. Therefore - (iv) the phase-frequency detector is sensitive to noise.
Eine
Ladungspumpschaltung setzt die logischen Signale AUF und AB vom
Phase-Frequenz-Detektor (PFD)
in spezifische analoge Signalpegel (ip, –ip und 0) um. Der Grund für diese Umsetzung ist, daß, da die Signalamplitude
innerhalb einer digitalen Schaltung eine große Toleranzbreite hat, eine
Umsetzung auf einen spezifischen analogen Signalpegel notwendig
ist. (siehe z. B. Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques", 2. Auflage, John Wiley & Sons, 1979, und
Heinrich Meyr und Gerd Ascheid, "Synchronization
in Digital Communications",
Band 1, John Wiley & Sons,
1990.)A charge pump circuit converts the UP and DOWN logic signals from the Phase Frequency Detector (PFD) to specific analog signal levels (i p , -i p, and 0). The reason for this implementation is that, because the signal amplitude within a digital circuit has a large tolerance width, conversion to a specific analog signal level is necessary. (See, for example, Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques," 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1979, and Heinrich Meyr and Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications," Volume 1, John Wiley & Sons, 1990 .)
Wie
in 8A gezeigt, umfaßt eine Ladungspumpschaltung
zwei Stromquellen. Um die Modellschaltung zu vereinfachen, wird
in diesem Fall angenommen, daß jede
der Stromquellen den gleichen Stromwert Ip hat.
Um einen Ausgabestrom ip der Ladungspumpschaltung
einfach zu beschreiben, wird eine negative Pulsbreite eingeführt, wie
in 8B gezeigt. Die logischen Signale AUF und AB öffnen bzw.
schließen
Schalter S1, S2.
Das heißt,
das logische Signal AUF schließt
den Schalter S1 während eines Zeitraumes positiver
Pulsbreite τ,
und das logische Signal AB schließt den Schalter S2 während einer
Zeitperiode mit negativer Pulsbreite τ. Deshalb ist der Ausgabestrom
ip während
der Zeitperiode mit Pulsbreite τ gegeben
durch die folgende Gleichung. ip = Ip sgn(τ) (2.1.1) As in 8A As shown, a charge pump circuit comprises two current sources. In order to simplify the model circuit, it is assumed in this case that each of the current sources has the same current value I p . In order to easily describe an output current i p of the charge pump circuit, a negative pulse width is introduced as in 8B shown. The logical signals UP and DOWN open and close switches S 1 , S 2 . That is, the logic signal UP closes the switch S 1 during a period of positive pulse width τ, and the logic signal AB closes the switch S 2 during a period of negative pulse width τ. Therefore, the output current i p during the time period of pulse width τ is given by the following equation. i p = I p sgn (τ) (2.1.1)
Anderenfalls
ist der Ausgabestrom ip, wie folgt. ip = 0 (2.1.2)(siehe
z. B. Mark Van Paemel, "Analysis
of Charge-Pump PLL: A New Model",
IEEE Trans. Commun. Band 42, Seiten 2490–2498, 1994.)Otherwise, the output current i p is as follows. i p = 0 (2.1.2) (See, eg, Mark Van Paemel, "Analysis of Charge-Pump PLL: A New Model," IEEE Trans. Commun., Vol. 42, pp. 2490-2498, 1994.)
In
diesem Fall ist sgn(τ)
eine Vorzeichenfunktion. Die Funktion sgn(τ) nimmt einen Wert von + 1 an, wenn τ positiv
ist, und nimmt einen Wert von –1
an, wenn τ negativ
ist. Wenn die zwei Schalter S1 und S2 offen sind, fließt kein Strom. Deshalb ist
der Ausgabeknoten in einem Zustand hoher Impedanz.In this case, sgn (τ) is a sign function. The function sgn (τ) assumes a value of + 1 when τ is positive, and assumes a value of -1 when τ is negative. When the two switches S 1 and S 2 are open, no current flows. Therefore, the output node is in a high impedance state.
Ein
Schleifenfilter wandelt einen Strom ip der
Ladungspumpschaltung in einen analogen Spannungswert VCTRL um.
Wie in 9A gezeigt, kann ein Schleifenfilter
erster Ordnung konstruiert werden, wenn ein Widerstand R2 und ein Kondensator C in Reihe geschaltet
werden. Wenn ein durch die Gleichungen (2.1.1) und (2.1.2) gegebener
konstanter Strom in das Filter eingegeben wird, wird eine zu einer
Zeitspanne proportionale elektrische Ladung in den Kondensator C
geladen. Das heißt,
wie in 9B gezeigt, ändert sich die Steuerspannung
VCTRL linear während der Zeitperiode τ. In der
anderen Zeitperiode bleibt die Steuerspannung VCTRL konstant
(siehe z. B. die Literatur von Mark van Paemel).A loop filter converts a current i p of the charge pump circuit into an analog voltage value V CTRL . As in 9A As shown, a first-order loop filter can be constructed by connecting a resistor R 2 and a capacitor C in series. When a constant current given by equations (2.1.1) and (2.1.2) is input to the filter, an electric charge proportional to a period of time is charged into the capacitor C. That is, as in 9B As shown, the control voltage V CTRL changes linearly during the time period τ. In the other time period, the control voltage V CTRL remains constant (see, for example, the literature by Mark van Paemel).
Der
Widerstandswert und der Kapazitätswert
des Schleifenfilters sind so gewählt,
daß ein
Dämpfungskoeffizient
und eine natürliche
Frequenz optimiert sind. (siehe z. B. Jose Alvarez, Hector Sanchez,
Gianfranco Gerosa und Roger Countryman, "A Wide-bandwidth Low-voltage PLL for
Power PC Microprocessors",
IEEE J. Solid-State Circuits, Band 30, Seiten 383–391, 1995
und Behzad Razavi, "Monolithic
Phase-Locked Loops and Clock Recovery Circuits: Theory and Design", IEEE Press, 1996.)
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Schleifenfilter als ein passives
Weichtastfilter konfiguriert, wie in 10 gemäß einer
nachfolgend aufgeführten
Arbeit von Ronald E. Best gezeigt (siehe Ronald E. Best, "Phase-Locked Loops", 3. Auflage, McGraw-Hill, 1997).
Wie in dieser Veröffentlichung
von Ronald E. Best offenbart, hat die Kombination eines Phase-Frequenz-Detektors
mit einem passiven Weichtastfilter einen unendlichen Synchronisierbereich
und Haltebereich, so daß kein
Vorteil darin liegt, einen anderen Typ von Filter zu verwenden.
In 10 sind C = 250 pF, R1 =
920 Ω und
R2 = 360 Ω gesetzt. Der VCO ist, wie
in 11 gezeigt, aus dreizehn Stufen von CMOS-Invertern
IN-1, IN-2, ... und IN-13 aufgebaut. Die Versorgungsspannung ist
5 V.The resistance value and the capacitance value of the loop filter are selected so that a damping coefficient and a natural frequency are optimized. (See, e.g., Jose Alvarez, Hector Sanchez, Gianfranco Gerosa and Roger Countryman, "A Wide-bandwidth Low-Voltage PLL for Power PC Microprocessors", IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 30, pp. 383-391, 1995 and Behzad Razavi, "Monolithic Phase-Locked Loops and Clock Recovery Circuits: Theory and Design," IEEE Press, 1996.) In the present invention, the loop filter is configured as a passive weighted-field filter, as in U.S. Pat 10 according to a work by Ronald E. Best listed below (see Ronald E. Best, "Phase-Locked Loops", 3rd Ed., McGraw-Hill, 1997). As disclosed in this paper by Ronald E. Best, the combination of a phase-frequency detector with a passive weighted filter has an infinite range of sync and hold, so there is no advantage in using another type of filter. In 10 C = 250 pF, R 1 = 920 Ω and R 2 = 360 Ω are set. The VCO is, as in 11 constructed of thirteen stages of CMOS inverters IN-1, IN-2, ... and IN-13. The supply voltage is 5 V.
Die
lineare Kennlinie des spannungsgesteuerten Oszillators VCO ist gegeben
durch die folgende Gleichung. fVCO = KVCOVCTRL (2.3) The linear characteristic of the voltage-controlled oscillator VCO is given by the following equation. f VCO = K VCO V CTRL (2.3)
In
diesem Fall ist KVCO eine Verstärkung des
VCO, und ihre Einheit ist Hz/V.In this case, K VCO is a gain of the VCO, and its unit is Hz / V.
Wenn
die PLL in einem synchronen Zustand ist (ein Zustand, wo eine steigende
Flanke eines Referenztaktes mit einer steigenden Flanke eines PLL-Taktes übereinstimmt),
gibt der Phase-Frequenz-Detektor kein
Signal aus. Die Ladungspumpschaltung, das Schleifenfilter und der
VCO, die in den hinteren Stufen der PLL vorgesehen sind, senden/empfangen
keine Signale und halten den internen Zustand unverändert aufrecht.
Wenn hingegen eine steigende Flanke eines Referenztaktes nicht mit
einer steigenden Flanke eines PLL-Taktes übereinstimmt (im asynchronen
Zustand), gibt der Phase-Frequenz-Detektor ein AUF-Signal oder ein
AB-Signal aus, um die Oszillationsfrequenz des VCO zu verändern. Infolgedessen
senden/empfangen die Ladungspumpschaltung, das Schleifenfilter und
der VCO, die in den hinteren Stufen der PLL-Schaltung vorgesehen
sind, Signale und gehen in einen entsprechenden Zustand über. Daraus
könnte
man schließen,
daß, um
ein internes Rauschen der PLL-Schaltung zu messen, die PLL-Schaltung
in einen synchronen Zustand gebracht werden muß. Um hingegen ein Kurzschlußversagen
oder ein Verzögerungsversagen
der PLL-Schaltung zu prüfen,
muß die
PLL-Schaltung in einen anderen Zustand gebracht werden.When the PLL is in a synchronous state (a state where a rising edge of a reference clock coincides with a rising edge of a PLL clock), the phase-frequency detector does not output a signal. The charge pump circuit, the loop filter and the VCO provided in the rear stages of the PLL do not transmit / receive signals and maintain the internal state unchanged. Conversely, if a rising edge of a reference clock does not match a rising edge of a PLL clock (in the asynchronous state), the phase-frequency detector outputs an UP signal or an AB signal to change the oscillation frequency of the VCO. As a result, the charge pump circuit, the loop filter, and the VCO provided in the rear stages of the PLL circuit send / receive signals and go into a corresponding state. From this one could conclude that in order to measure an internal noise of the PLL circuit, the PLL circuit ge in a synchronous state ge must be brought. In contrast, to check a short-circuit failure or a delay failure of the PLL circuit, the PLL circuit must be brought into a different state.
Nun
wird ein zufälliger
Jitter beschrieben.Now
becomes a random one
Jitter described.
Ein
Jitter auf einem Takt erscheint als eine Fluktuation einer Anstiegszeit
und einer Abfallzeit einer Reihe von Taktpulsen. Aus diesem Grund
wird bei der Übertragung
eines Taktsignals die Empfangszeit oder die Pulsbreite des Taktpulses
unsicher (siehe z. B. Ron K. Poon, "Computer Circuits Electrical Design", Prentice-Hall,
Inc. 1995.) 12 zeigt Jitter einer Anstiegszeitperiode
und einer Abfallzeitperiode einer Reihe von Taktpulsen.A jitter on a clock appears as a fluctuation of a rise time and a fall time of a series of clock pulses. For this reason, when a clock signal is transmitted, the reception time or the pulse width of the clock pulse becomes uncertain (see, for example, Ron K. Poon, "Computer Circuits Electrical Design", Prentice-Hall, Inc. 1995.) 12 shows jitter of a rise time period and a fall time period of a series of clock pulses.
Jede
Komponente in den in 4 gezeigten Blöcken hat
das Potential, einen Jitter zu erzeugen. Unter diesen Komponenten
sind die wichtigsten Faktoren für
einen Jitter thermisches Rauschen und Schrotrauschen der Inverter,
die den VCO bilden. (siehe z. B. Todd C. Weigandt, Beomsup Kim und
Paul R. Gray, "Analysis
of Timing Jitter in CMOS Ring Oscillators", International Symposium an Circuits
and System, 1994.) Deshalb ist der vom VCO erzeugte Jitter eine
zufällige
Fluktuation und hängt
nicht von der Eingabe ab. Bei der vorliegenden Erfindung wird unter
der Prämisse,
daß die
Hauptjitterquelle der VCO ist, angenommen, daß die Messung eines zufälligen Jitters
einer Oszillationswellenform des VCO das wichtigste zu lösende Problem
ist.Each component in the in 4 The blocks shown have the potential to generate jitter. Among these components, the most important factors for jitter are thermal noise and shot noise of the inverters forming the VCO. (See, for example, Todd C. Weigandt, Beomsup Kim and Paul R. Gray, "Analysis of Timing Jitter in CMOS Ring Oscillators", International Symposium on Circuits and System, 1994.) Therefore, the jitter generated by the VCO is a random fluctuation and does not depend on the input. In the present invention, assuming that the main jitter source is the VCO, it is assumed that the measurement of random jitter of an oscillation waveform of the VCO is the most important problem to be solved.
Um
nur einen zufälligen
Jitter einer Oszillationswellenform des VCO zu messen, ist es notwendig,
daß die
PLL-Schaltung alle anderen Komponenten als den VCO inaktiv hält. Deshalb
ist es, wie oben erwähnt, wichtig,
daß ein
der PLL-Schaltung zuzuführendes
Referenzeingabesignal streng eine konstante Periode einhält, so daß die geprüfte PLL-Schaltung
keinen Phasenfehler induziert. Ein Konzept dieses Meßverfahrens
ist in 13 gezeigt.In order to measure only a random jitter of an oscillation waveform of the VCO, it is necessary that the PLL circuit keep all components other than the VCO inactive. Therefore, as mentioned above, it is important that a reference input signal to be supplied to the PLL circuit strictly maintain a constant period, so that the PLL circuit under test does not induce a phase error. One concept of this measurement method is in 13 shown.
Als
Vorbereitung für
die Diskussion eines Phasenrauschens wird ein Nulldurchgang definiert.
Unter der Annahme, daß der
Minimalwert –A
einer Cosinuswelle A cos(2πf0t) 0% ist und der Maximalwert +A davon 100%
ist, entspricht ein Pegel von 50% einer Nullamplitude. Ein Punkt,
wo die Schwingungsform einen Nullpegel kreuzt, wird als Nulldurchgang
bezeichnet.In preparation for discussing phase noise, a zero crossing is defined. Assuming that the minimum value -A of a cosine wave A cos (2πf 0 t) is 0% and the maximum value + A thereof is 100%, a level of 50% corresponds to a zero amplitude. A point where the waveform crosses a zero level is called a zero crossing.
Ein
Phasenrauschen wird mit Bezug auf eine von einem Oszillator erzeugte
Cosinuswelle als Beispiel diskutiert. Ein Ausgabesignal XIDEAL(t) eines idealen Oszillators ist eine
ideale Cosinuswelle ohne Verzerrung. XDEAL(t) = Accos (2πfct + θc) (2.4) Phase noise is discussed with reference to a cosine wave generated by an oscillator as an example. An ideal oscillator output signal X IDEAL (t) is an ideal cosine wave without distortion. X DEAL (t) = A c cos (2πf c t + θ c ) (2.4)
In
diesem Fall sind Ac und fc Nominalwerte
einer Amplitude bzw. einer Frequenz, und θc ist
ein ursprünglicher
Phasenwinkel. Wenn das Ausgabesignal XIDEAL(t)
im Frequenzbereich beobachtet wird, wird das Ausgabesignal als ein
Linienspektrum gemessen, wie in 14 gezeigt.
Beim tatsächlichen
Oszillator gibt es einige Abweichungen von den Nominalwerten. In
diesem Fall wird das Ausgabesignal ausgedrückt wie folgt. XOSC(t) = [Ac + ε(t)] cos
(2πfct + θc + Δφ(t)) (2.5.1) XOSC(t) = Ac cos
(2πfct + θc + Δφt)) (2.5.2) In this case, A c and f c are nominal values of amplitude and frequency, respectively, and θ c is an original phase angle. When the output signal X IDEAL (t) is observed in the frequency domain, the output signal is measured as a line spectrum as shown in FIG 14 shown. The actual oscillator has some deviations from the nominal values. In this case, the output signal is expressed as follows. X OSC (t) = [A c + ε (t)] cos (2πf c t + θ c + Δφ (t)) (2.5.1) X OSC (t) = A c cos (2πf c t + θ c + Δφt)) (2.5.2)
In
den obigen Gleichungen stellt ε(t)
eine Amplitudenfluktuation dar. Bei der vorliegenden Erfindung wird
die Diskussion unter der Annahme gemacht, daß, wie in Gleichung (2.5.2)
gezeigt, die Amplitudenfluktuation ε(t) des Oszillators Null ist.
In den obigen Gleichungen stellt Δφ(t) eine
Phasenfluktuation dar. Das heißt Δφ(t) ist
ein Term zur Modulation der idealen Cosinuswelle. Der ursprüngliche
Phasenwinkel θc folgt einer gleichförmigen Verteilung im Bereich
eines Intervalls (0,2 π).
Die Phasenfluktuation Δπ(t) hingegen
ist ein Zufallsdatenwert und folgt z. B. einer Gauß-Verteilung.
Dieses Δφ(t) wird
als Phasenrauschen bezeichnet.In the above equations, ε (t) represents an amplitude fluctuation. In the present invention, the discussion is made on the assumption that, as shown in Equation (2.5.2), the amplitude fluctuation ε (t) of the oscillator is zero. In the above equations, Δφ (t) represents a phase fluctuation. That is, Δφ (t) is a term for modulating the ideal cosine wave. The original phase angle θ c follows a uniform distribution in the range of an interval (0.2 π). The phase fluctuation Δπ (t), however, is a random data value and follows z. B. a Gaussian distribution. This Δφ (t) is called phase noise.
In 15 sind
ein Ausgabesignal XIDEAL(t) eines idealen
Oszillators und ein Ausgabesignal XOSC(t)
eines tatsächlichen
Oszillators aufgetragen. Beim Vergleich dieser Signale miteinander
kann man erkennen, daß der
Nulldurchgang von XOSC(t) durch Δφ(t) verändert ist.In 15 An output signal X IDEAL (t) of an ideal oscillator and an output signal X OSC (t) of an actual oscillator are plotted. Comparing these signals with each other, it can be seen that the zero crossing of X OSC (t) is changed by Δφ (t).
Wenn
hingegen, wie in 16 gezeigt, das Oszillationssignal
XOSC(t) in den Frequenzbereich transformiert
ist, beobachtet man den Einfluß eines
Phasenrauschens als eine Spektrumsverbreiterung in der Nähe der Nominalfrequenz
f0. Wenn man 15 mit 16 vergleicht,
kann man sagen, daß es
im Frequenzbereich leichter ist, den Einfluß eines Phasenrauschens zu
beobachten. Jedoch kann auch, wenn der in 12 gezeigte
Taktpuls in den Frequenzbereich transformiert ist, der Maximalwert
der Pulsbereitenfluktuation nicht abgeschätzt werden. Dies liegt daran,
daß die
Transformation ein Prozeß zur
Mittelung der Fluktuation bei bestimmten Frequenzen ist und im Summationsschritt
des Prozesses der Maximalwert und der Minimalwert einander aufheben.
Deshalb muß bei
einem Verfahren zur Abschätzung
des Peak-to-Peak-Jitters, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, ein Prozeß im
Zeitbereich Kern des Verfahrens sein.If, on the other hand, as in 16 As shown, when the oscillation signal X OSC (t) is transformed into the frequency domain, the influence of phase noise as a spectrum broadening near the nominal frequency f 0 is observed. If 15 With 16 It can be said that it is easier to observe the influence of phase noise in the frequency domain. However, even if the in 12 shown clock pulse is transformed into the frequency domain, the maximum value of Pulsbereitenflktuation not be estimated. This is because the transformation is a process of averaging the fluctuation at certain frequencies, and in the summation step of the process, the maximum value and the minimum value cancel each other out. Therefore, in a process for estimating the peak-to-peak jitter that is the subject of the present invention, a time-domain process must be the core of the process.
Hier
wird deutlich gemacht, daß ein
additives Rauschen am Referenzeingabeende der PLL-Schaltung gleichbedeutend
mit einem additiven Rauschen am Eingabeende des Schleifenfilters
ist. (siehe Floyd M. Gardner, "Phaselock
Techniques", 2.
Auflage, John Wiley & Sons,
1979, und John G. Proakis, "Digital
Communications",
2. Auflage, McGraw-Hill, 1989.) 17 zeigt
ein additives Rauschen am Referenzeingabeende der PLL-Schaltung.
Um die Berechnung zu vereinfachen, wird angenommen, daß ein Phasendetektor
der PLL-Schaltung ein Sinuswellenphasendetektor (Mischer) ist.Here, it is made clear that additive noise at the reference input end of the PLL circuit is equivalent to additive noise at the input end of the loop filter. (See Floyd M. Gardner, "Phaselock Techniques," 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1979, and John G. Proakis, "Digital Communications," 2nd Edition, McGraw-Hill, 1989.) 17 shows additive noise at the reference input end of the PLL circuit. To simplify the calculation, it is assumed that a phase detector of the PLL circuit is a sine wave phase detector (mixer).
Die
PLL-Schaltung ist phasensynchronisiert mit einem gegebenen Referenzsignal,
das durch die folgende Gleichung (2.6) ausgedrückt ist. Xref(t) = Accos(2πfct) (2.6) The PLL circuit is phase locked to a given reference signal expressed by the following equation (2.6). X ref (t) = A c cos (2.pi.f c t) (2.6)
In
diesem Fall wird angenommen, daß das
folgende, durch die Gleichung (2.7) ausgedrückte additive Rauschen zu diesem
Referenzsignal Xref(t) hinzuaddiert wird. Xnoise(t) = ni(t)
cos(2πfct) – nq(t) sin(2πfct) (2.7) XVCO(t) = cos(2πfct + Δφ) (2.8) In this case, it is assumed that the following additive noise expressed by the equation (2.7) is added to this reference signal X ref (t). X noise (t) = n i (t) cos (2πf c t) - n q (t) sin (2πf c t) (2.7) X VCO (t) = cos (2πf c t + Δφ) (2.8)
Eine
durch die obige Gleichung (2.8) ausgedrückte Oszillationsschwingungsform
des VCO und das Referenzsignal Xref(t) +
Xnoise(t) werden in den Phasendetektor eingegeben,
um in eine Differenzfrequenzkomponente umgewandelt zu werden.An oscillation waveform of the VCO expressed by the above equation (2.8) and the reference signal X ref (t) + X noise (t) are input to the phase detector to be converted into a difference frequency component.
In
diesem Fall ist KPD eine Phasenkomparatorverstärkung. Es
ist daher zu verstehen, daß das
additive Rauschen des Referenzsignals gleichbedeutend ist mit dem
Zuführen
eines durch die folgende Gleichung (2.10) gegebenen additiven Rauschens
zu einem Eingabeende des Schleifenfilters.In this case, K PD is a phase comparator gain. It is therefore to be understood that the additive noise of the reference signal is equivalent to supplying an additive noise given by the following equation (2.10) to an input end of the loop filter.
18 zeigt
ein additives Rauschen am Eingabeende des Schleifenfilters. Wenn
eine spektrale Leistungsdichte des additiven Rauschens am Referenzeingabeende
der PLL-Schaltung als N0[V2/Hz]
angenommen wird, ist die spektrale Leistungsdichte Gnn(f)
des additiven Rauschens am Eingabeende dieses Schleifenfilters ausgehend
von Gleichung (2.10) durch die folgende Gleichung (2.11) gegeben. 18 shows additive noise at the input end of the loop filter. When a spectral power density of the additive noise at the reference input end of the PLL circuit is assumed to be N 0 [V 2 / Hz], the spectral power density G nn (f) of the additive noise at the input end of this loop filter is from equation (2.10) by the following Given equation (2.11).
Außerdem ist
an Gleichung (2.9) zu sehen, daß wenn
eine Phasendifferenz Δϕ zwischen
der Oszillationsschwingungsform des VCO und dem Referenzsignal π/2 wird,
eine Ausgabe des Phasendetektors Null wird. Das heißt, wenn
ein Sinuswellenphasendetektor verwendet wird, dann ist der VCO mit
dem Referenzsignal phasensynchronisiert, wenn die Phase des VCO
um 90° gegen
die Phase des Referenzsignals verschoben ist. Außerdem wird bei dieser Berechnung
das additive Rauschen vernachlässigt.Besides that is
to see from equation (2.9) that if
a phase difference Δφ between
the oscillation waveform of the VCO and the reference signal π / 2,
an output of the phase detector becomes zero. That is, if
a sine wave phase detector is used, then the VCO is with
phase locked to the reference signal when the phase of the VCO
by 90 ° against
the phase of the reference signal is shifted. Also, in this calculation
the additive noise is neglected.
Als
nächstes
wird unter Verwendung eines in 17 gezeigten
Modells von äquivalentem
additiven Rauschen ein durch additives Rauschen verursachter Betrag
von Jitter verdeutlicht. (Siehe Heinrich Meyr und Gerd Ascheid, "Synchronization in
Digital Communications",
Band 1, John Wiley & Sons,
1990). Um den Ausdruck zu vereinfachen, entspricht unter der Annahme,
daß θi = 0 ist, die Phase θ0 des
Ausgabesignals einem Fehler. Ein Phasenspektrum der Oszillationswellenform
des VCO ist gegeben durch die Gleichung (2.12). Gθ₀θ₀ (f) = |H(f)|2Gnn(f) (2.12) Next, using an in 17 The model of equivalent additive noise shown illustrates an amount of jitter caused by additive noise. (See Heinrich Meyr and Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications," Volume 1, John Wiley & Sons, 1990). To the off To simplify printing, assuming that θ i = 0, the phase θ 0 of the output signal corresponds to an error. A phase spectrum of the oscillation waveform of the VCO is given by the equation (2.12). G θ₀θ₀ (f) = | H (f) | 2 G nn (f) (2.12)
In
diesem Fall ist H(f) eine Transferfunktion der PLL-Schaltung.In
In this case, H (f) is a transfer function of the PLL circuit.
Da
ein Phasenfehler –θ0 ist, ist eine Varianz des Phasenfehlers
durch die folgende Gleichung (2.14) gegeben.Since a phase error -θ is 0 , a variance of the phase error is given by the following equation (2.14).
Indem
man Gleichung (2.11) für
Gleichung (2.14) einsetzt, werden die folgenden zwei Gleichungen
erhalten.By doing
equation (2.11) for
Equation (2.14) uses the following two equations
receive.
Das
heißt,
wenn ein Signal-Rauschverhältnis
der Schleifegroß ist, wird das Phasenrauschen
klein. In diesem Fall ist Be eine äquivalente
Rauschbandbreite der Schleife.That is, if a signal to noise ratio of the loop is large, the phase noise becomes small. In this case, B e is an equivalent noise bandwidth of the loop.
Wie
oben beschrieben, wird ein additives Rauschen am Referenzeingabeende
der PLL-Schaltung oder ein additives Rauschen am Eingabeende des
Schleifenfilters als ein Ausgabe-Phasenrauschen beobachtet, das
eine durch ein der Schleifencharakteristik entsprechendes Tiefpaßfilter
durchgeführte
Komponente ist. Die Leistung des Phasenrauschens ist umgekehrt proportional
zum Signal-Rauschverhältnis der
PLL-Schleife.As
described above, an additive noise at the reference input end
the PLL circuit or an additive noise at the input end of the
Loop filter observed as an output phase noise, the
a low-pass filter corresponding to one of the loop characteristics
conducted
Component is. The power of the phase noise is inversely proportional
to the signal-to-noise ratio of
PLL loop.
Als
nächstes
wird diskutiert, wie durch internes Rauschen des VCO verursachtes
Phasenrauschen die Phase des Ausgabesignals der PLL beeinflußt. (siehe
Heinrich Meyr und Gerd Ascheid, "Synchronization
in Digital Communications",
Band 1, John Wiley & Sons,
1990). Es wird angenommen, daß das
Ausgabesignals des VCO durch die folgende Gleichung (2.16) gegeben
ist. XVCO'noise = Accos(2πfct + θp(t) + (t)) (2.16) Next, it will be discussed how phase noise caused by internal noise of the VCO affects the phase of the output signal of the PLL. (See Heinrich Meyr and Gerd Ascheid, "Synchronization in Digital Communications," Vol. 1, John Wiley & Sons, 1990). It is assumed that the output signal of the VCO is given by the following equation (2.16). X VCO'noise = A c cos (2.pi.f c t + θ p (t) + (t)) (2.16)
In
diesem Fall ist θp(t) eine Phase eines idealen VCO. Ein internes
thermisches Rauschen oder dergleichen erzeugt ψ(t). Das erzeugte ψ(t) ist
ein internes Phasenrauschen und läßt die Phase des VCO zufällig fluktuieren. 19 zeigt
ein Modell des internen Phasenrauschens des VCO. Eine Phase θP(S) am Ausgabeende des idealen VCO ist gegeben
durch Gleichung (2.17).In this case, θ p (t) is a phase of an ideal VCO. An internal thermal noise or the like generates ψ (t). The generated ψ (t) is an internal phase noise and causes the phase of the VCO to fluctuate randomly. 19 shows a model of the internal phase noise of the VCO. A phase θ P (S) at the output end of the ideal VCO is given by Equation (2.17).
In
diesem Fall ist Φ(t)
ein Phasenfehler und entspricht einer Ausgabe des Phasendetektors. Φ(s)
= θi(s) – θo(s) = θi(s) – (θp(s) + ψ(s)) (2.18) In this case, Φ (t) is a phase error and corresponds to an output of the phase detector. Φ (s) = θ i (s) - θ O (s) = θ i (s) - (θ p (s) + ψ (s)) (2.18)
Wenn
man das θP(S) aus Gleichung (2.17) für das aus
Gleichung (2.18) einsetzt, wird folgende Gleichung (2.19) erhalten.Taking the θ P (S) of equation (2.17) for that of equation (2.18), the following equation (2.19) is obtained.
Die
folgende Gleichung (2.20.1) kann durch Umordnen der obigen Gleichung
(2.19) erhalten werden.The
The following equation (2.20.1) can be obtained by rearranging the above equation
(2.19).
Indem
man Gleichung (2.13) für
Gleichung (2.20.1) einsetzt, wird folgende Gleichung (2.20.2) erhalten. Φ(s)
= (1 – H(s))(θi(s) – ψ(s)) (2.20.2) By substituting equation (2.13) for equation (2.20.1), the following equation (2.20.2) is obtained. Φ (s) = (1-H (s)) (θ i (s) - ψ (s)) (2.20.2)
Die
durch internes Rauschen des VCO verursachte Phasenfluktuation ist
daher gegeben durch folgende Gleichung (2.21).The
is phase fluctuation caused by internal noise of the VCO
therefore given by the following equation (2.21).
Das
heißt,
ein internes Phasenrauschen des VCO wird als Phasenrauschen eines
Ausgabesignals der PLL-Schaltung beobachtet, die eine durch ein
Hochpaßfilter
durchgegangene Komponente ist. Dieses Hochpaßfilter entspricht einer Phasenfehlertransferfunktion
der Schleife.The
is called,
an internal phase noise of the VCO is called phase noise of a
Output signal of the PLL circuit observed, the one through
highpass filter
is gone component. This high pass filter corresponds to a phase error transfer function
the loop.
Wie
oben angegeben, wird aus einem internen thermischen Rauschen des
VCO ein Phasenrauschen einer Oszillationswellenform des VCO. Außerdem wird
ein durch das einem Schleifenphasenfehler entsprechende Hochpaßfilter
durchgegangene Komponente als Ausgabephasenrauschen beobachtet.As
stated above, is made of an internal thermal noise of the
VCO is a phase noise of an oscillation waveform of the VCO. In addition, will
a high-pass filter corresponding to a loop phase error
gone through component observed as output phase noise.
Additives
Rausches der PLL-Schaltung und/oder internes thermisches Rauschen
des VCO wird in ein Phasenrauschen einer Oszillationswellenform
des VCO umgewandelt. Additives Rauschen der PLL-Schaltung und/oder
internes thermisches Rauschen des VCO wird entsprechend dem Weg
von einem Rauschen erzeugenden Block durch die Ausgabe der PLL-Schaltung
als Phasenrauschen mit einer niederfrequenten oder einer hochfrequenten
Komponente beobachtet. Man erkennt daher, daß das Rauschen der PLL-Schaltung
eine Phasenfluktuation einer Oszillationsschwingungsform des VCO
bewirken kann. Dies ist äquivalent
zu einer Spannungsänderung
am Eingabeende des VCO. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein
additives Rauschen dem Eingabeende des VCO zugeführt, um die Phase einer Wellenform
des VCO zufällig
zu modulieren, so daß ein
Jitter simuliert wird. 20 zeigt ein Verfahren zum Simulieren
eines Jitters.Additive noise of the PLL circuit and / or internal thermal noise of the VCO is converted into phase noise of an oscillation waveform of the VCO. Additive noise of the PLL circuit and / or internal thermal noise of the VCO is observed corresponding to the path from a noise generating block through the output of the PLL circuit as phase noise with a low frequency or a high frequency component. It can therefore be seen that the noise of the PLL circuit can cause a phase fluctuation of an oscillation waveform of the VCO. This is equivalent to a voltage change at the input end of the VCO. In the present invention, additive noise is applied to the input end of the VCO to randomly modulate the phase of a waveform of the VCO so as to simulate jitter. 20 shows a method for simulating a jitter.
Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Messen eines Jitters eines Taktes erläutert. Ein
Peak-to-Peak-Jitter
wird im Zeitbereich gemessen, und ein RMS-Jitter wird im Frequenzbereich
gemessen. Jedes dieser herkömmlichen
Jitter-Meßverfahren
benötigt
ca. 10 Minuten Prüfzeit.
Bei einer VLSI-Prüfung
stehen jedoch nur ca. 100 ms Prüfzeit
für einen
Prüfgegenstand
zur Verfügung.
Das herkömmliche
Jitter-Meßverfahren
kann daher nicht für
eine Prüfung
in der VLSI-Produktionsstrecke eingesetzt werden.When
next
A method of measuring a jitter of a clock will be explained. One
Peak-to-peak jitter
is measured in the time domain and an RMS jitter is in the frequency domain
measured. Each of these conventional
Jitter measurement method
needed
approx. 10 minutes test time.
In a VLSI test
However, only about 100 ms test time
for one
test article
to disposal.
The conventional one
Jitter measurement method
therefore can not for
an exam
used in the VLSI production line.
Beim
Studium des Verfahrens zum Messen eines Jitters ist der Nulldurchgang
ein wichtiges Konzept. Aus dem Gesichtspunkt der Periodenmessung
wird eine Beziehung zwischen den Nulldurchgängen einer Wellenform und den
Nulldurchgängen
der Grundwellenform ihrer Grundfrequenz diskutiert. Es wird gezeigt,
daß "die Grundfrequenz
der Wellenform die Nulldurchgangsinformation der ursprünglichen
Wellenform enthält". Bei der vorliegenden
Erfindung wird dieses Merkmal der Grundwellenform als "Nulldurchgangstheorem" bezeichnet. Eine
Erläuterung
wird für
eine in 21 als Beispiel gezeigte ideale
Taktwellenform Xd50%(t) mit einem Tastverhältnis von
50% diskutiert. Wenn angenommen wird, daß eine Periode dieser Taktwellenform
T0 ist, ist die Fouriertransformierte der
Taktwellenform durch die folgende Gleichung (3.1) gegeben. (Siehe
z. B. Literaturhinweis c1.) When studying the method of measuring a jitter, zero crossing is an important concept. From the viewpoint of period measurement, a relationship between the zero-crossings of a waveform and the zero-crossings of the fundamental waveform of its fundamental frequency is discussed. It is shown that "the fundamental frequency of the waveform contains the zero-crossing information of the original waveform". In the present invention, this feature of the basic waveform is called a "zero crossing theorem". An explanation will be given for an in 21 as an example ideal clock waveform X d50% (t) with a duty cycle of 50% is discussed. Assuming that one period of this clock waveform T is 0 , the Fourier transform of the clock waveform is given by the following equation (3.1). (See, for example, reference c1.)
Das
heißt,
eine Periode der Grundwelle ist gleich einer Periode des Taktes.The
is called,
a period of the fundamental wave is equal to a period of the clock.
Wenn
die Grundwellenform des Taktsignals extrahiert wird, entsprechen
ihre Nulldurchgänge
den Nulldurchgängen
der ursprünglichen
Taktwellenform. Deshalb kann eine Periode einer Taktwellenform aus
den Nulldurchgängen
ihrer Grundwellenform abgeschätzt
werden. In diesem Fall wird die Abschätzungsgenauigkeit auch dann
nicht verbessert, wenn einige Harmonische zur Grundwellenform hinzuaddiert
werden. Harmonische und Abschätzungsgenauigkeit
einer Periode werden später überprüft.If
the fundamental waveform of the clock signal is extracted, correspond
their zero crossings
the zero crossings
the original one
Clock waveform. Therefore, one period of a clock waveform can turn off
the zero crossings
estimated their basic waveform
become. In this case, the estimation accuracy becomes even then
not improved when adding some harmonic to the fundamental waveform
become. Harmonic and estimation accuracy
a period will be checked later.
Als
nächstes
werden eine Hilbert-Transformation und ein analytisches Signal erläutert (siehe
z. B. Literaturhinweis c2).When
next
a Hilbert transform and an analytic signal are explained (see
z. Eg reference c2).
Wie
aus Gleichung (3.1) zu sehen ist, kann, wenn die Fouriertransformierte
der Wellenform Xa(t) berechnet wird, ein
Leistungsspektrum Saa(f) erhalten werden,
das von negativen zu positiven Frequenzen reicht. Dies wird als
zweiseitiges Leistungsspektrum bezeichnet. Das negative Frequenzspektrum
ist ein an der f = 0-Achse gespiegeltes Bild des positiven Frequenzspektrums.
Deshalb ist das zweiseitige Leistungsspektrum um die f = 0-Achse
symmetrisch, d. h. Saa(–f) Saa(f).
Das Spektrum der negativen Frequenzen ist jedoch nicht beobachtbar.
Es kann ein Spektrum Gaa(f) definiert werden,
bei dem negative Frequenzen auf Null beschnitten sind und statt
dessen die beobachtbaren positiven Frequenzen verdoppelt sind. Dies
wird als einseitiges Leistungsspektrum bezeichnet. Gaa(f) = 2Saa(f)
f > 0
Gaa(f) = 0 f < 0 (3.3.1) Gaa(f) = Saa(f)[1
+ sgn(f)] (3.3.2) As can be seen from equation (3.1), when the Fourier transform of the waveform X a (t) is calculated, a power spectrum S aa (f) ranging from negative to positive frequencies can be obtained. This is called a two-sided performance spectrum. The negative frequency spectrum is a mirrored image of the positive frequency spectrum on the f = 0 axis. Therefore, the two-sided power spectrum is symmetric about the f = 0 axis, ie, S aa (-f) S aa (f). The spectrum of negative frequencies is not observable. A spectrum G aa (f) can be defined in which negative frequencies are truncated to zero and instead the observable positive frequencies are doubled. This is called a one-sided performance spectrum. G aa (f) = 2S aa (f) f> 0 G aa (f) = 0 f <0 (3.3.1) G aa (f) = S aa (f) [1 + sgn (f)] (3.3.2)
In
diesem Fall ist sgn(f) eine Vorzeichenfunktion, die den Wert + 1
annimmt, wenn f positiv ist, und den Wert –1 annimmt, wenn f negativ
ist. Dieses einseitige Spektrum entspricht einem Spektrum eines
analytischen Signals z(t). Das analytische Signal z(t) kann im Zeitbereich
wie folgt ausgedrückt
werden.In
In this case, sgn (f) is a sign function that has the value + 1
if f is positive and takes the value -1, if f is negative
is. This one-sided spectrum corresponds to a spectrum of a
analytic signal z (t). The analytic signal z (t) can be in the time domain
expressed as follows
become.
Der
Realteil entspricht der ursprünglichen
Wellenform Xa(t). Der Imaginärteil ist
gegeben durch die Hilbert-Transformierte x ⌢a(t)
der ursprünglichen
Wellenform. Wie die Gleichung (3.5) zeigt, ist die Hilbert-Transformierte x ⌢a(t) einer Wellenform Xa(t)
gegeben durch eine Faltung der Wellenform Xa(t)
mit 1/πt.The real part corresponds to the original waveform X a (t). The imaginary part is given by the Hilbert transform x ⌢ a (t) of the original waveform. As the equation (3.5) shows, the Hilbert transform x ⌢ a (t) of a waveform X a (t) is given by a convolution of the waveform X a (t) with 1 / πt.
Bestimmen
wir nun die Hilbert-Transformierte einer bei der vorliegenden Erfindung
gehandhabten Wellenform. Zunächst
wird die Hilbert-Transformierte einer Cosinuswelle abgeleitet.Determine
Let us now turn to the Hilbert transform of the present invention
managed waveform. First
the Hilbert transform is derived from a cosine wave.
Da
das Integral des ersten Terms gleich Null ist und das Integral des
zweiten Terms n ist, wird folgende Gleichung (3.6) erhalten. H[cos(2πf0t)] = sin(2πf0t) (3.6) Since the integral of the first term is zero and the integral of the second term is n, the following equation (3.6) is obtained. H [cos (2.pi.f 0 t)] = sin (2πf 0 t) (3.6)
In
entsprechender Weise wird folgende Gleichung (3.7) erhalten. H[sin(2πf0t)] = – cos(2πf0t) (3.7) In a corresponding manner, the following equation (3.7) is obtained. H [sin (2.pi.f 0 t)] = - cos (2πf 0 t) (3.7)
Als
nächstes
wird die Hilbert-Transformierte einer Rechteckwelle, die einer Taktwellenform
entspricht, abgeleitet (siehe z. B. Literaturhinweis c3). Die Fourierreihe
einer in 21 gezeigten idealen Taktwellenform ist
gegeben durch die folgende Gleichung (3.8).Next, the Hilbert transform is derived from a square wave corresponding to a clock waveform (see, for example, reference c3). The Fourier series of an in 21 The ideal clock waveform shown is given by the following equation (3.8).
Die
Hilbert-Transformierte ist unter Verwendung der Gleichung (3.6)
gegeben durch folgende Gleichung (3.9).The
Hilbert transform is using equation (3.6)
given by the following equation (3.9).
22 zeigt
Beispiele einer Taktwellenform und ihrer Hilbert-Transformierten.
Diese Wellenformen basieren auf der partiellen Summation bis jeweils
zur Harmonischen 11. Ordnung. Die Periode TO ist
bei diesem Beispiel 20 ns. 22 shows examples of a clock waveform and its Hilbert transform. These waveforms are based on the partial summation up to the harmonic 11 , Order. The period T O is 20 ns in this example.
Ein
analytisches Signal z(t) wird von J. Dugundji eingeführt, um
eine Umhüllende
einer Wellenform eindeutig zu erhalten. (Siehe z. B. Literaturhinweis
c4). Wenn ein analytisches Signal in einem Polarkoordinatensystem
ausgedrückt
wird, werden die folgenden Gleichungen (3.10.1), (3.10.2) und (3.10.3)
erhalten.One
analytic signal z (t) is introduced by J. Dugundji to
an envelope
to get a waveform clearly. (See, for example, literature reference
c4). When an analytic signal in a polar coordinate system
expressed
the following equations (3.10.1), (3.10.2) and (3.10.3)
receive.
In
diesem Fall stellt A(t) eine Umhüllende
von Xa(t) dar. Aus diesem Grund wird z(t)
von J. Dugundji als "pre-envelope" bezeichnet. Ferner
stellt Θ(t)
eine momentane Phase von Xa(t) dar. Beim
Verfahren zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zum Abschätzen
dieser momentanen Phase der Kern.In this case, A (t) represents an envelope of X a (t). For this reason, z (t) is referred to by J. Dugundji as "pre-envelope." Further, Θ (t) represents an instantaneous phase of X a (t). In the method of measuring a jitter according to the present invention, a method of estimating this instantaneous phase is the core.
Wenn
eine gemessene Wellenform als komplexe Zahl behandelt wird, können ihre
Umhüllende
und momentane Phase einfach erhalten werden. Die Hilbert-Transformation
ist ein Werkzeug zum Umformen einer Wellenform in ein analytisches
Signal. Ein analytisches Signal kann erhalten werden durch die Prozedur
des folgenden Algorithmus 1.If
A measured waveform can be treated as a complex number
envelope
and instantaneous phase can be easily obtained. The Hilbert Transformation
is a tool for transforming a waveform into an analytical one
Signal. An analytical signal can be obtained by the procedure
the following algorithm 1.
Algorithmus
1 (Prozedur zum Umformen einer realen Wellenform in ein analytisches
Signal):
- 1. Eine Wellenform wird unter Verwendung
der schnellen Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert;
- 2. negative Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten
und positive Frequenzkomponenten werden verdoppelt; und
- 3. das Spektrum wird mit Hilfe von inverser schneller Fouriertransformation
in den Zeitbereich transformiert.
Algorithm 1 (procedure for transforming a real waveform into an analytic signal): - 1. A waveform is transformed into the frequency domain using the fast Fourier transform;
- 2. Negative frequency components are truncated to zero and positive frequency components are doubled; and
- 3. the spectrum is transformed by means of inverse fast Fourier transformation into the time domain.
Als
nächstes
wird ein "Phasenauspackverfahren" (phase unwrap method)
zum Umwandeln einer Phase in eine kontinuierliche Phase kurz beschrieben.When
next
becomes a "phase unwrap method"
for converting a phase into a continuous phase.
Das
Phasenauspackverfahren ist ein Verfahren, das vorgeschlagen wird,
um ein komplexes Cepstrum zu erhalten. (siehe z. B. Literaturhinweis
c5.) Wenn eine komplexe logarithmische Funktion log(z) als eine
willkürliche
komplexe Zahl definiert wird, die elog(z) =
z erfüllt,
kann die folgende Gleichung (3.11) erhalten werden. (siehe z. B.
Literaturhinweis c6.) log(z) = log|z|
+ jARG(z) (3.11) The phase unpacking method is a method proposed to obtain a complex cepstrum. (See, for example, reference c5.) If a complex logarithmic function log (z) is defined as an arbitrary complex number satisfying e log (z) = z, the following equation (3.11) can be obtained. (See, for example, reference c6.) log (z) = log | z | + jARG (z) (3.11)
Als
Ergebnis der Fouriertransformation einer zeitlichen Wellenform Xa(n) wird Sa(ejω)
angenommen. Wenn dessen logarithmisches Betragsspektrum log|Sa(ejω)| und Phasenspektrum
ARG[Sa(ejω)]
einem Realteil bzw. einem Imaginärteil
eines komplexen Spektrums entsprechen und inverse Fouriertransformation
angewendet wird, kann ein komplexes Cepstrum Ca(n)
erhalten werden.As a result of the Fourier transform of a temporal waveform X a (n), S a (e jω ) is assumed. If its logarithmic magnitude spectrum log | S a (e jω ) | and phase spectrum ARG [S a (e jω )] correspond to a real part and an imaginary part of a complex spectrum, respectively, and perform inverse Fourier transformation is used, a complex cepstrum C a (n) can be obtained.
In
diesem Fall stellt ARG den Hauptwert der Phase dar. Der Hauptwert
der Phase liegt im Bereich [–π, π]. Es bestehen
Unstetigkeitspunkte bei –π und +π im Phasenspektrum
des zweiten Terms. Da ein Einfluß dieser Unstetigkeitspunkte
sich über
den gesamten Zeitbereich durch Anwendung von inverser Fouriertransformation
ausbreitet, kann ein komplexes Cepstrum nicht genau abgeschätzt werden.
Um eine Phase in eine kontinuierliche Phase umzuwandeln, wird eine
ausgepackte Phase eingeführt.
Eine ausgepackte Phase kann eindeutig angegeben werden durch Integrieren
einer abgeleiteten Funktion einer Phase.In
In this case ARG represents the main value of the phase. The main value
the phase is in the range [-π, π]. There are
Discontinuity points at -π and + π in the phase spectrum
of the second term. There is an influence of these discontinuities
over
the entire time domain by applying inverse Fourier transform
a complex cepstrum can not be estimated accurately.
To convert a phase into a continuous phase, a
unpacked phase introduced.
An unwrapped phase can be clearly indicated by integrating
a derived function of a phase.
wobei
arg eine ausgepackte Phase darstellt. Ein Algorithmus zum Erhalten
einer ausgepackten Phase durch Beseitigen von Diskontinuitätspunkten
aus einem Phasenspektrum im Zeitbereich ist von Ronald W. Schäfer und
Donald G. Childers entwickelt worden (siehe z. B. Literaturhinweis
c7).in which
arg is an unwrapped phase. An algorithm for obtaining
an unwrapped phase by eliminating discontinuity points
from a phase spectrum in the time domain is by Ronald W. Schäfer and
Donald G. Childers (see, for example, reference
c7).
Algorithmus 2:Algorithm 2:
-
1 ARG(0) = 0,C(0) = 01 ARG (0) = 0, C (0) = 0
-
2 2
-
3 arg(k) = ARG(k) + C(k)3 arg (k) = ARG (k) + C (k)
Eine
ausgepackte Phase wird mit dem obigen Algorithmus 2 erhalten. Zunächst wird
durch Gewinnen von Differenzen zwischen den Hauptwerten benachbarter
Phasen eine Beurteilung durchgeführt,
um festzustellen, ob es einen Unstetigkeitspunkt gibt. Wenn es einen
Unstetigkeitspunkt gibt, wird ±2π zum Hauptwert addiert,
um den Unstetigkeitspunkt aus dem Phasenspektrum zu beseitigen (vgl.
Literaturhinweis c7).A
Unpacked phase is obtained with Algorithm 2 above. First, will
by obtaining differences between the principal values of neighboring ones
Stages an assessment conducted,
to determine if there is a discontinuity point. If there is one
Discontinuity point, ± 2π is added to the main value,
to remove the point of discontinuity from the phase spectrum (cf.
Reference c7).
Bei
dem obigen Algorithmus 2 wird angenommen, daß eine Differenz zwischen benachbarten
Phasen kleiner als π ist.
Die Auflösung
zum Beobachten eines Phasenspektrums muß daher klein genug sein. Bei
einer Frequenz in der Nähe
eines Pols (einer Resonanzfrequenz) ist die Phasendifferenz zwischen
den benachbarten Phasen jedoch größer als π. Wenn die Frequenzauflösung zum
Beobachten eines Phasenspektrums zu grob ist, kann nicht beurteilt
werden, ob eine Phase um 2π oder
mehr erhöht
oder verringert ist. Deshalb kann eine ausgepackte Phase nicht genau
erhalten werden. Dieses Problem ist von Jose M. Tribolet gelöst worden.
Jose M. Tribolet schlug ein Verfahren vor, bei dem die Integration
der abgeleiteten Funktion einer Phase in der Gleichung (3.12) durch
eine numerische Integration basierend auf einer Trapezregel approximiert wird
und eine Unterteilungsbreite des Integrationsbereiches adaptiv in
kleine Stücke
unterteilt wird, bis ein abgeschätzter
Phasenwert für
die Bestimmung, ob eine Phase um 2π oder mehr erhöht oder
vermindert ist, erhalten wird (vgl. z. B. Literaturhinweis c8).
Auf diese Weise wird eine ganze Zahl I der folgenden Gleichung (3.14)
gefunden. arg[Sa(ejΩ)]
= ARG[Sa(ejΩ)]
+ 2πI(Ω) (3.14) In the above algorithm 2, it is assumed that a difference between adjacent phases is smaller than π. The resolution for observing a phase spectrum must therefore be small enough. However, at a frequency near a pole (a resonance frequency), the phase difference between the adjacent phases is larger than π. If the frequency resolution for observing a phase spectrum is too coarse, it can not be judged whether a phase is increased or decreased by 2π or more. Therefore, an unwrapped phase can not be accurately obtained. This problem has been solved by Jose M. Tribolet. Jose M. Tribolet proposed a method in which the integration of the derived function of a phase in equation (3.12) is approximated by a numerical integration based on a trapezoidal rule, and a division width of the integration range is adaptively divided into small pieces until an estimated phase value for determining whether a phase is increased or decreased by 2π or more (see, for example, reference c8). In this way, an integer I of the following equation (3.14) is found. arg [S a (e jΩ )] = ARG [p a (e jΩ )] + 2πI (Ω) (3.14)
Tribolet's Algorithmus ist
von Kuno P. Zimmermann auf einen Phasenauspackalgorithmus im Zeitbereich
erweitert worden (siehe z. B. Literaturhinweis c9).Tribolet's algorithm is
by Kuno P. Zimmermann on a phase unpacking algorithm in the time domain
been expanded (see, for example, reference c9).
Bei
der vorliegenden Erfindung wird das Phasenauspacken genutzt, um
eine momentane Phasen-Wellenform
im Zeitbereich durch Beseitigen von Unstetigkeitspunkten bei –π und +π aus der
momentanen Phasen-Wellenform in eine kontinuierliche Phase umzuformen.
Eine Abtastbedingung zum eindeutigen Durchführen des Phasenauspackens im
Zeitbereich wird später
diskutiert.In the present invention, phase unpacking is used to obtain a current phase waveform in the time domain by eliminating discontinuity points at -π and + π from the current one Transform phase waveform into a continuous phase. A sampling condition for uniquely performing phase unpacking in the time domain will be discussed later.
Als
nächstes
wird ein lineares Trendabschätzungsverfahren
kurz beschrieben, das benutzt wird, um aus einer kontinuierlichen
Phase eine lineare Phase zu erhalten (siehe z. B. Literaturhinweise
c10 und c11).When
next
becomes a linear trend estimation method
briefly described, which is used to make a continuous
Phase to obtain a linear phase (see, for example, Bibliography
c10 and c11).
Das
Ziel des linearen Trendabschätzungsverfahrens
ist, eine lineare Phase g(x) zu finden, die an einen Phasendatenwert
yi anpaßbar
ist. g(x) = a + bx (3.1 5) The goal of the linear trend estimation method is to find a linear phase g (x) that is adaptive to a phase data y i . g (x) = a + bx (3.1 5)
In
diesem Fall sind "a" und "b" die zu findenden Konstanten. Ein quadratischer
Fehler R zwischen g(xi) und jedem Datenwert
(xi, yi) ist durch
folgende Gleichung (3.16) gegeben.In this case, "a" and "b" are the constants to be found. A quadratic error R between g (x i ) and each data (x i , y i ) is given by the following equation (3.16).
In
diesem Fall ist L die Zahl der Phasendatenwerte. Eine lineare Phase
zum Minimieren des quadratischen Fehlers wird gefunden. Eine partielle
Differenzierung der Gleichung (3.16) gegen jede der unbekannten Konstanten
a und b wird berechnet und das Ergebnis wird auf Null gesetzt. Dann
können
die folgenden Gleichungen (3.17.1) und (3.17.2) erhalten werden.In
In this case, L is the number of phase data values. A linear phase
to minimize the quadratic error is found. A partial
Differentiation of equation (3.16) against each of the unknown constants
a and b are calculated and the result is set to zero. Then
can
the following equations (3.17.1) and (3.17.2) are obtained.
Diese
Gleichungen werden transformiert, um die folgende Gleichung (3.18)
zu erhalten.These
Equations are transformed to satisfy the following equation (3.18)
to obtain.
Deshalb
kann folgende Gleichung (3.19) erhalten werden.Therefore
the following equation (3.19) can be obtained.
Das
heißt,
eine lineare Phase kann aus den folgenden Gleichungen (3.20.1) und
3.20.2) abgeschätzt werden.The
is called,
a linear phase can be obtained from the following equations (3.20.1) and
3.20.2).
Bei
der vorliegenden Erfindung wird zum Abschätzen einer linearen Phase aus
einer kontinuierlichen Phase ein lineares Trendabschätzungsverfahren
benutzt.at
The present invention is for estimating a linear phase
a continuous phase, a linear trend estimation method
used.
Wie
aus der obigen Diskussion deutlich wird, wird beim herkömmlichen
Verfahren zum Messen eines Jitters ein Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich
unter Verwendung eines Oszilloskops und ein RMS-Jitter im Frequenzbereich
unter Verwendung eines Spektralanalysators gemessen.As
from the above discussion becomes conventional
Method for measuring a jitter, a peak-to-peak jitter in the time domain
using an oscilloscope and an RMS jitter in the frequency domain
measured using a spectral analyzer.
Beim
Verfahren zum Messen eines Jitters im Zeitbereich wird ein Peak-to-Peak
Jitter JPP eines Taktsignals im Zeitbereich
gemessen. Eine relative Fluktuation zwischen Nulldurchgängen wird
als Peak-to-Peak-Jitter JPP zum Problem.
Wenn z. B. bei einem Taktsignal in einem Computer oder dergleichen,
wie in 81a gezeigt, ein jitterfreies
Taktsignal eine durch eine gestrichelte Linie gezeigte Wellenform
hat, fluktuiert bei einem jitternden Taktsignal, bei dem z. B. auf
einen Anstiegspunkt der Wellenform geachtet wird, ein Zeitintervall Tint zwischen einem Anstiegspunkt und dem
nächsten
Anstiegspunkt von dem Anstiegspunkt der gestrichelten Wellenform
als Mitte zur führenden
und zur nacheilenden Seite. Dieses momentane Intervall Tint wird als Peak-to-Peak-Jitter JPP erhalten. 23 und 24 zeigen
ein gemessenes Beispiel eines Peak-to-Peak-Jitters, gemessen mit
einem Oszilloskop bzw. dem Meßsystem.
Ein zu prüfendes
Taktsignal wird an einen Referenzeingang des Phasendetektors angelegt.
In diesem Fall bilden der Phasendetektor und der Signalgenerator eine
phasengekoppelte Schleife. Ein Signal des Signalgenerators wird
mit dem geprüften
Taktsignal synchronisiert und einem Oszilloskop als Triggersignal
zugeführt.
Bei diesem Beispiel wird ein Jitter der steigenden Flanke des Taktsignals
beobachtet. Eine rechteckige Zone wird benutzt, um einen vom Signal
zu kreuzenden Pegel zu spezifizieren. Ein Jitter wird gemessen als
variierende Komponente des Zeitabstandes zwischen "einem Zeitpunkt,
wo das geprüfte
Taktsignal den spezifizierten Pegel kreuzt" und "einem durch das Triggersignal gegebenen
Referenzzeitpunkt".
Dieses Verfahren erfordert einen längeren Zeitraum für die Messung.
Aus diesem Grund muß das
Triggersignal mit dem geprüften
Taktsignal phasensynchronisiert sein, so daß die Messung nicht durch eine
Frequenzdrift des geprüften
Taktsignals beeinflußt
wird.In the method of measuring a jitter in the time domain, a peak-to-peak jitter J PP of a clock signal in the time domain is measured. A relative fluctuation between zero crossings becomes a problem as a peak-to-peak jitter J PP . If z. At a clock signal in a computer or the like, as in 81a shown, a jitter-free clock signal has a waveform shown by a dashed line, fluctuates in a jittering clock signal in which z. For example, if a rise point of the waveform is considered, a time interval T int between a rise point and the next rise point from the rise point of the dashed waveform as the center to the leading and trailing sides. This instantaneous interval T int is obtained as a peak-to-peak jitter J PP . 23 and 24 show a measured example of a peak-to-peak jitter, measured with an oscilloscope or the measuring system. A clock signal to be tested is applied to a reference input of the phase detector. In this case, the phase detector and the signal generator form a phase-locked loop. A signal from the signal generator is synchronized with the tested clock signal and fed to an oscilloscope as a trigger signal. In this example, a jitter of the rising edge of the clock signal is observed. A rectangular zone is used to specify a level to be crossed by the signal. A jitter is measured as a varying component of the time interval between "a time when the tested clock signal crosses the specified level" and "a reference time given by the trigger signal". This procedure requires a longer period for the measurement. For this reason, the trigger signal must be phase locked to the clock signal under test, so that the measurement is not affected by a frequency drift of the clock signal under test.
Eine
Messung des Jitters im Zeitbereich entspricht einer Messung einer
Fluktuation eines Zeitpunktes, wo das Signal einen Pegel kreuzt.
Dies wird bei der vorliegenden Erfindung als Nulldurchgangsverfahren
bezeichnet. Da eine Änderungsgeschwindigkeit
einer Wellenform am Nulldurchgang maximal ist, ist der Zeitfehler
einer Zeitpunktmessung am Nulldurchgang minimal.A
Measurement of the jitter in the time domain corresponds to a measurement of a
Fluctuation of a time when the signal crosses a level.
This is referred to as the zero crossing method in the present invention
designated. Because a rate of change
a waveform at the zero crossing is maximum, is the time error
a time measurement at the zero crossing minimal.
In 25(a) ist der Nulldurchgang jeweils durch
kleine Kreise angegeben. Ein Zeitintervall zwischen einem Zeitpunkt
ti, bei dem eine steigende Flanke einen
Nullamplitudenpegel kreuzt, und einem Zeitpunkt ti+2, wo
eine nächste
steigende Flanke einen Nullamplitudenpegel kreuzt, gibt eine Periode
dieser Cosinuswelle. 25(b) zeigt eine
aus dem Nulldurchgang erhaltene momentane Periode Pinst (gefunden
anhand benachbarter Nulldurchgänge
ti+1, und ti +2). Eine momentane Frequenz finst ist
gegeben durch den Kehrwert von Pinst. pinst(ti+2)
= ti+2 – ti, pinst(ti+2) = 2(ti +2 – ti +1) (3.22.1) finst(ti+2)
= 1/pinst(ti+2) (3.22.2) In 25 (a) the zero crossing is indicated in each case by small circles. A time interval between a time t i at which a rising edge crosses a zero amplitude level and a time t i + 2 where a next rising edge crosses a zero amplitude level gives a period of this cosine wave. 25 (b) shows a current period P inst obtained from the zero crossing (found from adjacent zero crossings t i + 1 , and t i + 2 ). A momentary frequency f inst is given by the reciprocal of P inst . p inst (t i + 2 ) = t i + 2 - t i , p inst (t i + 2 ) = 2 (t i +2 - t i +1 ) (3.22.1) f inst (t i + 2 ) = 1 / p inst (t i + 2 ) (3.22.2)
Probleme
bei der Messung eines Jitters im Zeitbereich werden diskutiert.
Um einen Jitter zu messen, wird eine steigende Flanke eines geprüften Taktsignals
Xc(t) mit Hilfe eines Oszilloskops am Zeitpunkt
des Nulldurchgangs aufgefangen. Xc(i) = Accos(2πfct + θc + Δφ(t)) (3.23) Problems in measuring a jitter in the time domain are discussed. In order to measure a jitter, a rising edge of a tested clock signal X c (t) is captured by means of an oscilloscope at the time of zero crossing. X c (i) = A c cos (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) (3.23)
Dies
bedeutet, daß nur
Xc(t), das die nächste, durch die folgende Gleichung
(3.24) gegebene Phasenwinkelbedingung erfüllt, gesammelt werden kann.This means that only X c (t) satisfying the next phase angle condition given by the following equation (3.24) can be collected.
Eine
Dichtefunktion der Wahrscheinlichkeit, daß ein Abtastwert dem Nulldurchgang
einer steigenden Flanke entspricht, ist durch folgende Gleichung
(3.25) gegeben. (siehe z. B. Literaturhinweis c10.) A density function of the probability that a sample corresponds to the zero crossing of a rising edge is given by the following equation (3.25). (See, for example, reference c10.)
Deshalb
ist die zum zufälligen
Abtasten eines geprüften
Taktsignals zum Sammeln von Phasenrauschen Δϕ(t3π/2)
von N Punkten benötigte
Zeitdauer gegeben durch folgende Gleichung (3.26). (2πAc)(NTO) (3.26) Therefore, the time taken for randomly sampling a clock signal under test for collecting phase noise Δφ (t 3π / 2 ) from N points is given by the following equation (3.26). (2πA c (NT) O ) (3.26)
Das
heißt,
da nur Nulldurchgangs-Abtastwerte für eine Jitterabschätzung verwendet
werden können, ist
im Vergleich zu einer üblichen
Messung wenigstens das (2πAc)-fache des Prüfzeitraumes erforderlich.That is, since only zero-crossing samples can be used for jitter estimation, at least (2πA c ) times the test period is required compared to a conventional measurement.
Wie 26 zeigt,
ist die Größe einer
Menge von Phasenrauschwerten, die mit dem Nulldurchgangsverfahren
abgetastet werden kann, kleiner als die gesamte Menge von Phasenrauschwerten.
Deshalb ist ein Peak-to-Peak-Jitter Jpp,3π/2 der
abgeschätzt
werden kann, kleiner oder gleich dem wahren Peak-to-Peak-Jitter JPP. As 26 shows, the magnitude of a set of phase noise values that can be sampled using the zero-crossing method is less than the total amount of phase noise values. Therefore, a peak-to-peak jitter J pp, 3π / 2 which can be estimated to be less than or equal to the true peak-to-peak jitter J PP .
Der
größte Nachteil
des Nulldurchgangsverfahrens ist, daß die Zeitauflösung der
Periodenmessung nicht unabhängig
von der Periode eines geprüften
Signals ausgewählt
werden kann. Die Zeitauflösung
dieses Verfahrens ist festgelegt durch die Periode des geprüften Signals,
d. h. den Nulldurchgang. 27 ist
ein Diagramm, in dem die Nulldurchgänge der steigende Flanken auf
einer komplexen Ebene aufgetragen sind. Der Abtastwert beim Nulldurchgangsverfahren
ist nur ein mit einem Pfeil bezeichneter Punkt, und die Zahl der
Abtastwerte pro Periode kann nicht erhöht werden. Wenn dem Nulldurchgang
einer steigenden Flanke eine Nummer ni gegeben
wird, mißt
das Nulldurchgangsverfahren eine Phasendifferenz, die durch folgende
Gleichung (3.28) gegeben ist.The main disadvantage of the zero-crossing method is that the time resolution of the period measurement can not be selected independently of the period of a signal under test. The time resolution of this method is determined by the period of the signal under test, ie the zero crossing. 27 is a diagram in which the zero crossings of the rising edges are plotted on a complex plane. The sample in the zero-crossing method is only a dot indicated by an arrow, and the number of samples per period can not be increased. When a number n i is given to the zero crossing of a rising edge, the zero crossing method measures a phase difference given by the following equation (3.28).
ni(2π)
(3.28)n i (2π) (3.28)
Eine
mit dem Nulldurchgangsverfahren gemessene momentane Periode läuft also,
wie in 25(b) gezeigt, auf eine unter
Verwendung einer Stufenfunktion erhaltene grobe Näherung hinaus.A current period measured by the zero-crossing method thus runs as in 25 (b) shown to a rough approximation obtained using a step function.
1988
erfand David Chu einen Zeitintervallanalysator (siehe z. B. Literaturhinweise
c12 und c13). Wenn in dem Zeitintervallanalysator ganzzahlige Werte
ni der Nulldurchgänge ni(2π) des geprüften Signals
gezählt werden,
werden auch gleichzeitig die verstrichenen Zeitperioden ti gezählt.
Mit diesem Verfahren konnte die zeitliche Schwankung des Nulldurchganges
mit Bezug auf die verstrichene Zeitperiode aufgetragen werden. Außerdem kann
unter Verwendung von (ti, ni)
ein Punkt zwischen gemessenen Datenwerten durch Spline-Funktionen
glatt interpoliert werden. Im Ergebnis wurde es so möglich, eine
in höherer
Ordnung approximierte momentane Periode zu beobachten. Es sollte
jedoch beachtet werden, daß auch
David Chu's Zeitintervallanalysator
auf der Nulldurchgangsmessung des geprüften Signals basiert. Die Interpolation
durch Spline-Funktionen
macht es zwar einfacher, die physikalische Bedeutung zu verstehen,
Tatsache ist jedoch, daß nur
der Grad der Näherung
einer momentanen Periode erhöht
ist. Das liegt daran, daß die
zwischen den Nulldurchgängen
vorliegenden Daten immer noch nicht gemessen sind. Das heißt, auch
der Zeitintervallanalysator kann die Begrenzungen des Nulldurchgangsverfahrens
nicht überschreiten.
Ein mögliches
Verfahren zum Interpolieren der momentanen Daten wird später diskutiert.In 1988, David Chu invented a time interval analyzer (see, for example, References c12 and c13). If in the time interval analyzer integer values n i of the zero crossings n i (2π) of the signal under test are counted, the elapsed time periods t i are also counted simultaneously. With this method, the temporal variation of the zero crossing with respect to the elapsed time period could be plotted. In addition, using (t i , n i ), a point between measured data values can smoothly be interpolated by spline functions. As a result, it became possible to observe an instantaneous period approximated in higher order. It should be noted, however, that David Chu's time interval analyzer is based on the zero-crossing measurement of the signal under test. Although the interpolation by spline functions makes it easier to understand the physical meaning, the fact is that only the degree of approximation of a current period is increased. This is because the data between zero crossings is still not measured. That is, even the time interval analyzer can not exceed the limitations of the zero crossing procedure. One possible method for interpolating the current data will be discussed later.
Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Messen eines Jitter im Frequenzbereich beschrieben.When
next
A method for measuring a jitter in the frequency domain will be described.
Ein
RMS-Jitter JRMS eines Taktsignals wird im
Frequenzbereich gemessen. Zum Beispiel wird bei der Datenkommunikation
eine Abweichung von einem idealen Zeitpunkt als RMS-Jitter JRMS zum Problem. Wie in 81b gezeigt, wo ein jitterfreies Rechteckwellensignal
eine durch eine gestrichelte Linie dargestellte Wellenform hat,
fluktuiert die Anstiegszeit einer jitternden Wellenform. In diesem
Fall wird eine Abweichungsbreite eines tatsächlichen Anstiegspunktes (durchgezogene
Linie) von einem normalen Anstiegspunkt (gestrichelte Linie) als
RMS-Jitter JRMS erhalten. 28 und 29 zeigen
ein Beispiel von mit Hilfe eines Spektrumanalysators bzw. eines
einen Spektrumanalysator verwendenden Meßsystems gemessenem RMS-Jitter.
Ein in Prüfung
befindliches Taktsignal wird in einen Phasendetektor als Referenzfrequenz
eingegeben. In diesem Fall bilden der Phasendetektor und der Signalgenerator
eine phasengekoppelte Schleife. Ein Phasendifferenzsignal zwischen
dem vom Phasendetektor erfaßten
in Prüfung
befindlichen Taktsignals und dem Signal vom Signalgenerator wird
in den Spektrumanalysator eingegeben, um eine Phasenrauschspektrum-Dichtefunktion zu
beobachten. Die Fläche
unter der in 28 gezeigten Phasenrauschspektrumskurve
entspricht dem RMS-Jitter JRMS. Die Frequenzachse
drückt
die Frequenzabweichungen von der Taktfrequenz aus. Das heißt, Null
(0) Hz entspricht der Taktfrequenz.An RMS jitter J RMS of a clock signal is measured in the frequency domain. For example, in data communication, a deviation from an ideal time as RMS jitter J RMS becomes a problem. As in 81b 2, where a jitter-free square wave signal has a waveform shown by a broken line, the rise time of a jittering waveform fluctuates. In this case, a deviation width of an actual rising point (solid line) from a normal rising point (broken line) is obtained as the RMS jitter JRM S. 28 and 29 show an example of RMS jitter measured by a spectrum analyzer or measuring system using a spectrum analyzer. A clock signal under test is input to a phase detector as the reference frequency. In this case, the phase detector and the signal generator form a phase-locked loop. A phase difference signal between the clock signal under test detected by the phase detector and the signal from the signal generator is input to the spectrum analyzer to observe a phase noise spectrum density function. The area under the in 28 shown phase noise spectrum curve corresponds to the RMS jitter J RMS . The frequency axis expresses the frequency deviations from the clock frequency. That is, zero (0) Hz corresponds to the clock frequency.
Ein
Phasendifferenzsignal Δφ(t) zwischen
dem in Prüfung
befindlichen Taktsignal X (t), gegeben durch die Gleichung (3.23),
und einem Referenzsignal, gegeben durch die folgende Gleichung (3.29),
wird vom Phasendetektor ausgegeben. xref(t) = Acos(2 fct
+ ) (3.29) A phase difference signal Δφ (t) between the clock signal X (t) under test given by the equation (3.23) and a reference signal given by the following equation (3.29) is output from the phase detector. x ref (t) = Acos (2 f c t +) (3.29)
Da
zu diesem Zeitpunkt das Referenzsignal, das an eine in Prüfung befindliche
Phasenkoppelschleifenschaltung (PLL-Schaltung) angelegt wird, eine
konstante Periode hat, entspricht das Phasendifferenzsignal Δφ(t) einer
Phasenrausch-Wellenform. Wenn das über einen endlichen Zeitraum
T beobachtete Phasendifferenzsignal Δφ(t) in den Frequenzbereich
transformiert wird, kann eine spektrale Leistungsdichtefunktion
des Phasenrauschens GΔφΔφ(f) erhalten werden.At this time, the reference signal applied to a phase-shifter under test is applied, has a constant period, the phase difference signal Δφ (t) corresponds to a phase noise waveform. When the phase difference signal Δφ (t) observed over a finite period T is transformed into the frequency domain, a spectral power density function of the phase noise G ΔφΔφ (f) can be obtained.
Nach
Parsevals Theorem ist der Mittelwert der Quadrate der Phasenrausch-Wellenform
durch folgende Gleichung (3.32) gegeben. (siehe z. B. Literaturhinweis
c14).To
Parseval's theorem is the mean of the squares of the phase noise waveform
given by the following equation (3.32). (see, for example, reference to literature
c14).
Es
ist somit zu verstehen, daß durch
Messen einer Summe des Leistungsspektrums ein Mittelwert der Quadrate
einer Phasenrausch-Wellenform abgeschätzt werden kann. Die positive
Quadratwurzel aus dem Mittelwert der Quadrate (d. h., ein Effektivwert)
wird als RMS-Jitter JRMS bezeichnet.It is thus to be understood that by measuring a sum of the power spectrum, an average of the squares of a phase noise waveform can be estimated. The positive square root of the mean of the squares (ie, an RMS value) is called the RMS jitter J RMS .
Wenn
der Mittelwert Null ist, ist der Mittlwert der Quadrate äquivalent
zu einer Varianz, und der RMS-Jitter ist gleich der Standardabweichung.If
the mean is zero, the mean of the squares is equivalent
to a variance, and the RMS jitter is equal to the standard deviation.
Wie
in 28 gezeigt, kann JRMS durch
eine Summe von GΔφΔφ(f) in der Nähe der Taktfrequenz
genau approximiert werden (siehe z. B. Referenzliteraturhinweis
c15). Tatsächlich
ist in Gl. (3.33) der obere Grenzwert fMAX der
zu summierenden Frequenz von GΔφΔφ(f) gleich (2fc-ε).
Wenn nämlich
GΔφΔφ(f) über einen
breiteren Frequenzbereich als die Taktfrequenz summiert wird, werden
die Harmonischen der Taktfrequenz in JRMS einbezogen.As in 28 J RMS can be accurately approximated by a sum of G ΔφΔφ (f) near the clock frequency (see, for example, reference literature reference c15). In fact, in Eq. (3.33) the upper limit f MAX of the frequency to be summed of G ΔφΔφ (f) equals (2f c -ε). Namely, when G ΔφΔφ (f) is summed over a wider frequency range than the clock frequency, the harmonics of the clock frequency are included in J RMS .
Für eine Messung
des RMS-Jitters im Frequenzbereich wird ein Phasendetektor, ein
Signalgenerator mit geringem Phasenrauschen und ein Spektrumanalysator
benötigt.
Wie anhand von Gl. (3.33) und 28 zu
verstehen ist, wird ein Phasenrausch-Spektrum durch Frequenz-Abfahren
eines niedrigen Frequenzbereichs gemessen. Aus diesem Grund erfordert
das Meßverfahren
eine Meßzeitperiode
von ca. 10 Minuten und ist nicht auf die Prüfung eines Mikroprozessors
anwendbar. Außerdem
kann bei der Messung eines RMS-Jitters im Zeitbereich ein Peak-to-Peak-Jitter
nicht abgeschätzt
werden, weil die Phaseninformation verlorengegangen ist.To measure the RMS jitter in the frequency domain, a phase detector, a low phase noise signal generator and a spectrum analyzer are needed. As shown by Eq. (3.33) and 28 is to be understood, a phase noise spectrum is measured by frequency sweeping a low frequency range. For this reason, the measuring method requires a measuring time period of about 10 minutes and is not applicable to the testing of a microprocessor. In addition, when measuring an RMS jitter in the time domain, a peak-to-peak jitter can not be estimated because the phase information is lost.
Wie
oben beschrieben, wird beim herkömmlichen
Verfahren zum Messen eines Jitters ein Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich mit Hilfe
eines Oszilloskops gemessen. Das Grundverfahren zum Messen eines
Jitters im Zeitbereich ist das Nulldurchgangsverfahren. Der größte Nachteil
dieses Verfahrens ist, daß eine
Zeitauflösung
einer Periodenmessung nicht abhängig
von der Periode des geprüften
Signals verfeinert werden kann. Aus diesem Grund wurde ein Zeitintervallanalysator
zum gleichzeitigen Zählen
der ganzzahligen Werte ni der Nulldurchgänge des
geprüften
Signals ni(2π) und der verstrichenen Zeitperioden
ti erfunden. Die zwischen den Nulldurchgängen vorhandenen
Daten können
jedoch nicht gemessen werden. Der Zeitintervallanalysator kann also
auch nicht die Beschränkung
des Nulldurchgangsverfahren überwinden.As described above, in the conventional method of measuring a jitter, a peak-to-peak jitter in the time domain is measured by means of an oscilloscope. The basic method for measuring a jitter in the time domain is the zero-crossing method. The main disadvantage of this method is that a time resolution of a period measurement can not be refined depending on the period of the signal under test. For this reason, a time interval analyzer for simultaneously counting the integer values n i of the zero crossings of the signal under test n i (2π) and the elapsed time periods t i has been invented. However, the data between zero crossings can not be measured. Also, the time interval analyzer can not overcome the limitation of the zero-crossing method.
Andererseits
wird ein RMS-Jitter im Frequenzbereich mit einem Spektrumanalysator
gemessen. Da die Phaseninformation verlorengegangen ist, kann ein
Peak-to-Peak-Jitter nicht abgeschätzt werden.on the other hand
is an RMS jitter in the frequency domain with a spectrum analyzer
measured. Since the phase information has been lost, a
Peak-to-peak jitter can not be estimated.
Außerdem erfordert
sowohl das Messen eines Jitters im Zeitbereich als auch das Messen
eines RMS-Jitters im Frequenzbereich eine Meßzeit von ca. 10 Minuten. Bei
einer Prüfung
eines VLSI ist jedem Prüfgegenstand
eine Prüfzeit
von etwa nur ca. 100 ms zugeteilt. Deshalb ist ein ernster Nachteil
des herkömmlichen
Verfahrens zum Messen eines Jitters, das die Methode nicht auf die
Prüfung
eines VLSI in dessen Herstellungsprozeß anwendbar ist.Also required
both measuring a jitter in the time domain and measuring
an RMS jitter in the frequency range a measuring time of about 10 minutes. at
an exam
a VLSI is every test object
a test time
allocated by about only about 100 ms. That's why it's a serious disadvantage
of the conventional
Method for measuring a jitter that does not use the method on the
exam
a VLSI is applicable in its manufacturing process.
Die
Taktfrequenz eines Mikrocomputers hat sich mit einer Geschwindigkeit
von dem 2,5-fachen pro 5 Jahre zu höheren Frequenzen hin verlagert.
Deshalb kann der Taktjitter eines Mikroprozessors nicht gemessen
werden, sofern das Verfahren zum Messen eines Taktjitters nicht
mit Bezug auf die Meßzeitauflösung skalierbar
ist. Herkömmlicherweise
ist ein Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich unter Verwendung eines
Oszilloskops oder eines Zeitintervallanalysators gemessen worden.
Um einen Peak-to-Peak-Jitter eines Taktsignals mit einer höheren Frequenz
mit diesen Meßvorrichtungen
zu messen, ist es notwendig, die Abtastrate (die Zahl der Abtastwerte
pro Sekunde) zu erhöhen
oder das Abtastintervall zu verkleinern. Das heißt, diese Hardwaregeräte müssen wenigstens
alle 5 Jahre entwickelt werden.The clock frequency of a microcomputer has a speed of 2.5 times per 5 Shift years to higher frequencies. Therefore, the clock jitter of a microprocessor can not be measured unless the method of measuring a clock jitter is scalable with respect to the measurement time resolution. Conventionally, time-domain peak-to-peak jitter has been measured using an oscilloscope or a time interval analyzer. In order to measure a peak-to-peak jitter of a higher frequency clock signal with these measuring devices, it is necessary to increase the sampling rate (the number of samples per second) or to decrease the sampling interval. That is, these hardware devices must be developed at least every 5 years.
Probleme
beim Messen des Jitters einer CD oder DVD werden beschrieben. Bei
einer CD oder DVD wird ein Lichtstrahl auf eine Platte fokussiert,
und von einem Pit zurückkehrendes
reflektiertes Licht wird von einem optischen Aufnehmer erfaßt, und
dann wird das erfaßte
Licht in ein Hochfrequenzsignal (ein elektrisches Signal) durch
eine Fotodiode umgewandelt. Der Pit auf der Platte ist geringfügig in Längenrichtung
gestreckt oder verkürzt.
Dadurch werden Anstiegs- und Abfallmerkmale (Tastverhältnis) des
Hochfrequenzsignals asymmetrisch. Wenn mit Hilfe eines Oszilloskops
ein Augenmuster des HF-Signals beobachtet wird, ist sein Mittelpunkt
entlang der Y-Achse
verschoben. Um einen Jitter der Platte zu bewerten, müssen die
steigende Flanke und die fallende Flanke des Hochfrequenzsignals
unterschieden werden können.
Bei der Messung eines RMS-Jitters unter Verwendung eines Spektrumanalysators
können
die steigende und die fallende Flanke des Hochfrequenzsignals nicht
unterschieden werden.issues
When measuring the jitter of a CD or DVD are described. at
a CD or DVD, a light beam is focused on a plate,
and returning from a pit
reflected light is detected by an optical pickup, and
then that will be detected
Light in a high frequency signal (an electrical signal) through
converted a photodiode. The pit on the plate is slightly lengthwise
stretched or shortened.
This causes rise and fall characteristics (duty cycle) of the
High frequency signal asymmetric. If using an oscilloscope
an eye pattern of the RF signal is observed is its center
along the Y axis
postponed. To evaluate a jitter of the plate, the
rising edge and the falling edge of the high-frequency signal
can be distinguished.
When measuring an RMS jitter using a spectrum analyzer
can
the rising and falling edges of the high-frequency signal are not
be differentiated.
Außerdem hat,
wie oben gesagt, die Taktfrequenz eines Mikrocomputers mit einer
Geschwindigkeit gleich dem 2,5-fachen pro 5 Jahre zugenommen. Um
einen Peak-to-Peak-Jitter eines Taktsignals mit einer höheren Frequenz
zu messen, muß ein
AD-Wandler zum Eingeben in ein digitales Oszilloskop mit höherer Geschwindigkeit
entsprechend der höheren
Geschwindigkeit des Taktsignals arbeiten und eine Auflösung von acht
Bits oder mehr haben.In addition,
As stated above, the clock frequency of a microcomputer with a
Speed increased to 2.5 times per 5 years. Around
a peak-to-peak jitter of a higher frequency clock signal
to measure, one must
AD converter for inputting to a higher speed digital oscilloscope
according to the higher
Speed of the clock signal work and a resolution of eight
Have bits or more.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Messen eines Jitters zu schaffen, mit denen ein Peak-to-Peak-Jitter
oder RMS-Jitter in einer kurzen Prüfzeit von ca. 100 ms oder ähnlich gemessen
werden kann.A
Object of the present invention is a device and a
A method of measuring a jitter to create a peak-to-peak jitter
or RMS jitter in a short test time of about 100 ms or similar
can be.
Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Messen eines Jitters zu schaffen, bei denen
aus der herkömmlichen
RMS-Jittermessung oder der herkömmlichen Peak-to-Peak-Jittermessung
erhaltene Daten verwendet werden können.A
Another object of the present invention is a device
and to provide a method of measuring jitter in which
from the conventional
RMS jitter measurement or conventional peak-to-peak jitter measurement
obtained data can be used.
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine skalierbare
Vorrichtung und ein skalierbares Verfahren zum Messen eines Jitters
anzugeben.A
Another object of the present invention is to provide a scalable
Device and a scalable method for measuring a jitter
specify.
Noch
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Messen eines Jitters zu schaffen, die einen Peak-to-Peak-Jitter
und/oder einen RMS-Jitter messen können, der jeweils einer steigenden
oder einer fallenden Flanke einer Wellenform entspricht.Yet
An object of the present invention is a method and a
Device for measuring a jitter to create a peak-to-peak jitter
and / or can measure an RMS jitter, each one increasing
or a falling edge corresponds to a waveform.
Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung
zum Messen eines Jitters anzugeben, die keinen AD-Wandler benötigt.Yet
Another object of the present invention is a device
to measure a jitter that does not need an AD converter.
Noch
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zum
Messen eines Jitters anzugeben, die mit einem Verfahren zum Messen
eines Peak-to-Peak-Jitters nach einem herkömmlichen Nulldurchgangsverfahren
wie in 24 gezeigt und/oder einem Verfahren
zum Messen eines RMS-Jitters nach einem in 29 gezeigten
Phasenerfassungsverfahren kompatibel ist.Still another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring a jitter, which is provided with a method for measuring a peak-to-peak jitter according to a conventional zero-crossing method as in 24 and / or a method for measuring an RMS jitter according to an in 29 shown phase detection method is compatible.
Noch
eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung anzugeben, die
einen Zyklus-zu-Zyklus-Jitter messen
kann.Yet
An object of the invention is to provide a device which
measure a cycle-to-cycle jitter
can.
Noch
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung
zum Messen eines Jitters anzugeben, die ein Histogramm des Jitters
messen kann.Yet
Another object of the present invention is a device
To measure a jitter to indicate a histogram of the jitter
can measure.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Um
die obigen Aufgaben zu lösen,
wird gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Messen eines
Jitters angegeben, bei der eine Taktwellenform Xc(t)
mit Hilfe von analytischen Signaltrarisformationsmitteln in ein
komplexes analytisches Signal umgeformt wird, um mit Hilfe linearer
Phasenentfernungsmittel einen variablen Term, der durch Beseitigen
linearer Phase aus einer momentanen Phase dieses analytischen Signals
erhalten wird, d. h. eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) zu erhalten,
und ein Jitter der Taktwellenform wird aus dieser Phasenrausch-Wellenform
durch Jittererfassungsmittel erhalten.In order to achieve the above objects, according to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a jitter wherein a clock waveform X c (t) is detected by means of an analytic signal is converted into a complex analytic signal to obtain a variable term obtained by eliminating linear phase from a current phase of this analytic signal, ie, a phase noise waveform Δφ (t), and a jitter of the clock waveform by means of linear phase removing means is obtained from this phase noise waveform by jitter detecting means.
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Messen eines Jitters angegeben, welches folgende Schritte umfaßt: Umwandeln
einer Taktwellenform Xc(t) in ein komplexes analytisches
Signal; Abschätzen
eines variablen Terms, der durch Entfernen einer linearen Phase
aus einer momentanen Phase dieses analytischen Signals erhalten
wird, d. h. einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t); und Erhalten eines Jitters
aus der Phasenrausch-Wellenform.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a jitter, comprising the steps of: converting a clock waveform X c (t) into a complex analytic signal; Estimating a variable term obtained by removing a linear phase from a current phase of this analytic signal, ie, a phase noise waveform Δφ (t); and obtaining a jitter from the phase noise waveform.
Ein
RMS-Jitter wird aus der Phasenrausch-Wellenform erhalten. Zusätzlich wird
die Phasenrausch-Wellenform in der Nähe eines Nulldurchgangspunktes
des Realteils eines analytischen Signals abgetastet, und eine differentielle
bzw. Wellenform bzw. Differenzwellenform der Abtast-Phasenrausch-Wellenform wird
berechnet, um einen Peak-to-Peak-Jitter aus der differentiellen
Phasenrausch-Wellenform zu erhalten.One
RMS jitter is obtained from the phase noise waveform. In addition will
the phase noise waveform near a zero crossing point
of the real part of an analytic signal, and a differential one
or waveform of the sample phase noise waveform
calculated to give a peak-to-peak jitter from the differential
To get phase noise waveform.
Es
werden eine skalierbare Vorrichtung und ein skalierbares Verfahren
zum Messen eines Jitters angegeben, die so aufgebaut sind, daß die Taktwellenform
durch einen Frequenzteiler frequenzgeteilt wird und anschließend die
frequenzgeteilte Taktwellenform in ein analytisches Signal umgeformt
wird.It
become a scalable device and a scalable method
for measuring a jitter constructed so that the clock waveform
is frequency divided by a frequency divider and then the
frequency-divided clock waveform converted into an analytical signal
becomes.
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Taktwellenform
mit einer analogen Referenzgröße durch
einen Komparator verglichen, und ein Ausgabesignal des Komparators
wird in ein analytisches Signal umgeformt.According to one
Another aspect of the present invention is the clock waveform
with an analog reference size
a comparator, and an output signal of the comparator
is transformed into an analytic signal.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Taktperiode eines
Mikrocomputers und einem RMS-Jitter zeigt; 1 Fig. 10 is a diagram showing a relation between a clock period of a microcomputer and an RMS jitter;
2 ist
ein Diagramm, das einen Pentium-Prozessor und seine On-Chip-Takttreiberschaltung
zeigt; 2 Fig. 10 is a diagram showing a Pentium processor and its on-chip clock driver circuit;
3 ist
ein Diagramm, das Vergleiche zwischen einem PLL eines Computersystems
und einer PLL eines Kommunikationssystems zeigt; 3 Fig. 10 is a diagram showing comparisons between a PLL of a computer system and a PLL of a communication system;
4 ist
ein Diagramm, das grundlegende Konfigurationen einer PLL-Schaltung
zeigt; 4 Fig. 10 is a diagram showing basic configurations of a PLL circuit;
5 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für einen Phase-Frequenz-Detektor
zeigt; 5 Fig. 10 is a block diagram showing an example of a phase-frequency detector;
6 ist
ein Zustandsübergangsdiagramm
des Phase-Frequenz-Detektors; 6 is a state transition diagram of the phase-frequency detector;
7 zeigt
die Betriebswellenformen des Phase-Frequenz-Detektors wenn ein Frequenzfehler
negativ ist; 7 shows the operating waveforms of the phase-frequency detector when a frequency error is negative;
8(a) ist ein Diagramm, das eine Ladungspumpschaltung
zeigt, und 8(b) ist ein Diagramm, das
eine Beziehung zwischen einem Schaltersteuersignal und einem Ausgabestrom
der Ladungspumpschaltung zeigt; 8 (a) FIG. 12 is a diagram showing a charge pump circuit, and FIG 8 (b) Fig. 15 is a diagram showing a relation between a switch control signal and an output current of the charge pump circuit;
9(a) ist ein Diagramm, das eine Schleifenfilterschaltung
zeigt, und 9(b) ist ein Diagramm,
das eine Beziehung zwischen einem in die Schaltung aus 9(a) eingegebenen konstanten Strom und
einer Ausgabesteuerspannung zeigt; 9 (a) FIG. 15 is a diagram showing a loop filter circuit, and FIG 9 (b) is a diagram showing a relationship between one in the circuit 9 (a) input constant current and an output control voltage;
10 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein passives Weichtastfilter zeigt; 10 Fig. 10 is a circuit diagram showing a passive weigth filter;
11 zeigt
ein Beispiel einer VCO-Schaltung; 11 shows an example of a VCO circuit;
12 zeigt
ein Beispiel für
den Jitter eines Taktes; 12 shows an example of the jitter of a clock;
13 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Messen eines Jitters; 13 Fig. 12 is a diagram for explaining a method of measuring a jitter;
14 ist
ein Diagramm, das ein Spektrum eines Ausgabesignals eines idealen
Oszillators zeigt; 14 Fig. 12 is a diagram showing a spectrum of an output signal of an ideal oscillator;
15 ist
ein Diagramm, das eine durch Phasenrauschen verursachte Schwankung
des Nulldurchgangs zeigt; 15 Fig. 12 is a diagram showing a fluctuation of zero crossing caused by phase noise;
16 ist
ein Diagramm, das eine durch Phasenrauschen verursachte Streuung
eines Spektrums zeigt; 16 Fig. 12 is a diagram showing a spectrum-caused scattering of a spectrum;
17 ist
ein Blockdiagramm, das eine VCO-Schaltung zeigt, bei der Rauschen
am Eingabeende hinzugefügt
wird; 17 Fig. 10 is a block diagram showing a VCO circuit in which noise is added at the input end;
18 ist
ein Blockdiagramm, das eine andere VCO-Schaltung zeigt, die zu der
VCO-Schaltung, bei der Rauschen am Eingabeende hinzugefügt wird, äquivalent
ist; 18 Fig. 10 is a block diagram showing another VCO circuit equivalent to the VCO circuit in which noise is added at the input end;
19 ist
ein Blockdiagramm, das eine VCO-Schaltung mit internem Phasenrauschen
zeigt; 19 Fig. 10 is a block diagram showing an internal phase noise VCO circuit;
20 ist
ein Blockdiagramm, das eine PLL-Schaltung zeigt, die einen Jitter
simuliert; 20 Fig. 10 is a block diagram showing a PLL circuit that simulates jitter;
21 ist
ein Diagramm, das eine ideale Takt-Wellenform zeigt; 21 Fig. 12 is a diagram showing an ideal clock waveform;
22 ist
ein Wellenformdiagramm, das eine Takt-Wellenform und deren Hilbert-transformiertes
Ergebnis zeigt; 22 Fig. 12 is a waveform diagram showing a clock waveform and its Hilbert transformed result;
23 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel für
einen gemessenen Peak-to-Peak-Jitter im Zeitbereich zeigt; 23 Fig. 10 is a diagram showing an example of a measured peak-to-peak jitter in the time domain;
24 ist
ein typisches Modelldiagramm, das ein Meßsystem für einen Peak-to-Peak-Jitter
zeigt; 24 Fig. 10 is a typical model diagram showing a measuring system for peak-to-peak jitter;
25(a) ist ein Diagramm, das Nulldurchgangspunkte
eines Taktsignals zeigt, und 25(b) ist
ein Diagramm, das momentane Perioden dieser Nulldurchgangspunkte
zeigt; 25 (a) is a diagram showing zero crossing points of a clock signal, and 25 (b) Fig. 12 is a diagram showing current periods of these zero crossing points;
26 ist
ein Diagramm, das eine Menge von Phasenrauschwerten und eine Menge
von Phasenrauschwerten, die durch ein Nulldurchgangsverfahren abgetastet
werden können,
zeigt; 26 Fig. 10 is a diagram showing a set of phase noise values and a set of phase noise values that can be sampled by a zero-crossing procedure;
27 ist
ein Diagramm, das den Nulldurchgang in einer komplexen Ebene zeigt; 27 is a diagram showing the zero crossing in a complex plane;
28 ist
ein Wellenformdiagramm, das ein gemessenes Beispiel für einen
RMS-Jitter im Frequenzbereich zeigt; 28 FIG. 12 is a waveform diagram showing a measured example of RMS jitter in the frequency domain; FIG.
29 ist
ein typisches Modelldiagramm, das ein Meßsystem für einen RMS-Jitter zeigt; 29 Fig. 10 is a typical model diagram showing a measurement system for RMS jitter;
30(a) ist ein Diagramm, das eine funktionelle
Konstruktion zeigt, durch die ein Realteil eines zufällig phasenmodulierten
Signals extrahiert wird, und 30(b) ist
ein Diagramm, das eine funktionelle Konstruktion zeigt, durch die
ein zufällig
phasenmoduliertes Signal als analytisches Signal extrahiert wird; 30 (a) FIG. 12 is a diagram showing a functional construction by which a real part of a randomly phase-modulated signal is extracted, and FIG 30 (b) Fig. 12 is a diagram showing a functional construction by which a random phase-modulated signal is extracted as an analytic signal;
31 ist
ein Diagramm, das eine Schwingungswellenform eines VCO als analytisches
Signal zeigt; 31 Fig. 15 is a diagram showing a vibration waveform of a VCO as an analytic signal;
32 ist
ein Blockdiagramm, das eine erste Ausgestaltung einer Vorrichtung
zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; 32 Fig. 10 is a block diagram showing a first embodiment of a jitter measuring apparatus according to the present invention;
33 ist
ein Diagramm, das ein konstantfrequentes Signal zum Messen eines
Jitters zeigt; 33 Fig. 10 is a diagram showing a constant frequency signal for measuring a jitter;
34 ist
ein typisches Modelldiagramm, das ein Jitter-Meßsystem zeigt, bei dem eine
Vorrichtung zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird; 34 Fig. 10 is a typical model diagram showing a jitter measuring system using a jitter measuring apparatus according to the present invention;
35(a) ist ein Diagramm, das einen Hilbert-Paar-Generator
zeigt; 35(b) ist ein Diagramm, das eine
Eingabe-Wellenform des Hilbert-Paar-Generators zeigt, und 35(c) ist ein Diagramm, das eine Ausgabewellenform
des Hilbert-Paar-Generators zeigt; 35 (a) Fig. 16 is a diagram showing a Hilbert pair generator; 35 (b) FIG. 12 is a diagram showing an input waveform of the Hilbert pair generator, and FIG 35 (c) Fig. 15 is a diagram showing an output waveform of the Hilbert pair generator;
36(a) ist ein Diagramm, das eine Taktwellenform
zeigt, 36(b) ist ein Diagramm, das
ein durch Anwenden von FFT auf die Taktwellenform aus 36(a) erhaltenes Spektrum zeigt, 36(c) ist ein Diagramm, das ein durch
Bandpaßfilterung
des Spektrums aus 36(b) erhaltenes
Spektrum zeigt, und 36(d) ist ein
Wellenformdiagramm, das eine durch Anwenden von inverser FFT auf
das Spektrum von 36(c) erhaltene Wellenform
zeigt; 36 (a) is a diagram showing a clock waveform 36 (b) FIG. 12 is a diagram that shows one by applying FFT to the clock waveform 36 (a) obtained spectrum shows 36 (c) is a diagram showing one by bandpass filtering the spectrum 36 (b) obtained spectrum shows, and 36 (d) FIG. 12 is a waveform diagram that illustrates one by applying inverse FFT to the spectrum of 36 (c) shows obtained waveform;
37(a) das ein Eingabesignal eines Momentanphasen-Abschätzers zeigt, 37(b) ist ein Diagramm, das eine momentane
Phase zeigt, 37(c) ist ein Diagramm,
das eine ausgepackte Phase zeigt, und 37(d) ist
ein Diagramm, das den Momentanphasen-Abschätzer zeigt; 37 (a) which shows an input signal of an instantaneous phase estimator, 37 (b) is a diagram showing a momentary phase 37 (c) is a diagram showing an unwrapped phase, and 37 (d) Fig. 15 is a diagram showing the instantaneous phase estimator;
38(a) ist ein Diagramm, das eine Eingabephase φ(t) eines
Linearphasen-Entferners zeigt, 38(b) ist
ein Diagramm, das eine Ausgabe Δφ(t) des
Linearphasen-Entferners zeigt, und 38(c) ist
ein Diagramm, das den Linearphasen-Entferner zeigt; 38 (a) Fig. 4 is a diagram showing an input phase φ (t) of a linear phase remover; 38 (b) FIG. 15 is a diagram showing an output Δφ (t) of the linear phase remover, and FIG 38 (c) Fig. 12 is a diagram showing the linear phase remover;
39(a) ist ein Diagramm, das eine Eingabetaktwellenform
zeigt, 39(b) ist ein Diagramm, das eine
Ausgabe des Δφ(t)-Verfahrens
zeigt, und 39(c) ist ein Diagramm,
das eine Ausgabeperiode des Nulldurchgangsverfahrens zeigt; 39 (a) Fig. 16 is a diagram showing an input clock waveform; 39 (b) Fig. 12 is a diagram showing an output of the Δφ (t) method, and 39 (c) Fig. 15 is a diagram showing an output period of the zero-crossing method;
40(a) zeigt eine Vorrichtung zum Messen
eines Jitters, bei der ein Quadraturmodulationssignal in einem Mittel
zum Umformen des analytischen Signals verwendet wird, und 40(b) ist ein Blockdiagramm, das eine
Vorrichtung zum Messen eines Jitters zeigt, in der ein Heterodyn-System
in deren Eingabestufe verwendet wird; 40 (a) shows a device for measuring a jitter, in which a quadrature modulation signal is used in a means for reshaping the analytical signal, and 40 (b) Fig. 10 is a block diagram showing an apparatus for measuring a jitter in which a heterodyne system is used in its input stage;
41 ist
ein Diagramm, das Unterschiede zwischen einem Abtastverfahren beim
Nulldurchgangsverfahren und einem Abtastverfahren beim erfindungsgemäßen Verfahren
zeigt; 41 Fig. 12 is a diagram showing differences between a zero crossing method scanning method and a scanning method in the method of the present invention;
42(a) ist ein Diagramm, das das Grundweilenspektrum
zeigt, und 42(b) ist ein Diagramm,
das eine Taktwellenform des Grundwellenspektrums zeigt; 42 (a) is a diagram showing the fundamental spectrum, and 42 (b) Fig. 15 is a diagram showing a clock waveform of the fundamental wave spectrum;
43(a)ist ein Diagramm, das ein Teilsummenspektrum
bis zur 13. Harmonischen zeigt, und 43(b) ist
ein Diagramm, das eine Taktwellenform des Teilsummenspektrum bis
zur 13. Harmonischen zeigt; 43 (a) is a diagram showing a partial sum spectrum up to the 13th harmonic, and 43 (b) Fig. 12 is a diagram showing a clock waveform of the partial harmonic spectrum up to the 13th harmonic;
44(a)ist ein Diagramm, das einen relativen
Periodenfehler zeigt, der aus einer bis zu einer bestimmten Ordnung
von Harmonischen wiederhergestellten Wellenform abgeschätzt ist,
und 44(b) ist ein Diagramm, das einen
relativen Fehler eines Effektiv-Wertes zeigt, der aus einer wiederhergestellten
Wellenform als Effektiv-Wert der ursprünglichen Taktwellenform bis
zu einer bestimmten Ordnung von Harmonischen abgeschätzt ist; 44 (a) FIG. 12 is a graph showing a relative period error estimated from a waveform recovered to a certain harmonic order; and FIG 44 (b) Fig. 12 is a graph showing a relative error of an effective value estimated from a recovered waveform as the effective value of the original clock waveform to a certain order of harmonics;
45 ist
ein Diagramm, das Parameter eines MOSFET zeigt; 45 Fig. 12 is a diagram showing parameters of a MOSFET;
46 ist
ein Blockdiagramm, das eine jitterfreie PLL-Schaltung zeigt; 46 Fig. 10 is a block diagram showing a jitter-free PLL circuit;
47(a) ist ein Diagramm, das eine Wellenform
am Eingang eines VCO in der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt, und 47(b) ist
ein Diagramm, das eine Wellenform am Ausgang des VCO in der jitterfreien PLL-Schaltung
zeigt; 47 (a) FIG. 12 is a diagram showing a waveform at the input of a VCO in the jitter-free PLL circuit, and FIG 47 (b) Fig. 15 is a diagram showing a waveform at the output of the VCO in the jitter-free PLL circuit;
48(a) ist ein Diagramm, das eine Ausgabewellenform
eines VCO in der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt, und 48(b) ist
ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform des VCO der jitterfreien
PLL-Schaltung zeigt; 48 (a) FIG. 12 is a diagram showing an output waveform of a VCO in the jitter-free PLL circuit, and FIG 48 (b) Fig. 15 is a diagram showing a phase noise waveform of the VCO of the jitter-less PLL circuit;
49(a) ist ein Diagramm, das eine momentane
Periode eines Phasenrauschens der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt,
und 49(b) ist ein Diagramm, das eine
Wellenform des Phasenrauschens der jitterfreien PLL-Schaltung zeigt; 49 (a) FIG. 15 is a diagram showing a current period of phase noise of the jitter-free PLL circuit, and FIG 49 (b) Fig. 10 is a diagram showing a waveform of the phase noise of the jitter-free PLL circuit;
50 ist
ein Blockdiagramm, das eine jitterbehaftete PLL-Schaltung zeigt; 50 Fig. 10 is a block diagram showing a jittery PLL circuit;
51(a) ist ein Diagramm, das eine Wellenform
am Eingang eines VCO der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt, und 51(b) ist
ein Diagramm, das eine Wellenform am Ausgang des VCO der jitterbehafteten
PLL-Schaltung zeigt; 51 (a) FIG. 12 is a diagram showing a waveform at the input of a jitter PLL circuit VCO, and FIG 51 (b) Fig. 12 is a diagram showing a waveform at the output of the jitter PLL circuit VCO;
52(a) ist ein Diagramm, das eine Ausgabewellenform
eines VCO in der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt, und 52(b) ist
ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform der Ausgabewellenform
des VCO in der jitterbehafteten PLL-Schaltung zeigt; 52 (a) FIG. 12 is a diagram showing an output waveform of a VCO in the jittery PLL circuit, and FIG 52 (b) FIG. 12 is a diagram illustrating a phase noise waveform of the output wave. FIG shows the VCO in the jittery PLL circuit;
53(a) ist ein Diagramm, das eine momentane
Periode eines Phasenrauschens der jitterbehafteten PLL-Schaltung
zeigt, und 53(b) ist ein Diagramm,
das eine Wellenform des Phasenrauschens der jitterbehafteten PLL-Schaltung
zeigt; 53 (a) FIG. 12 is a diagram showing a current period of phase noise of the jittery PLL circuit, and FIG 53 (b) Fig. 15 is a diagram showing a waveform of the phase noise of the jittery PLL circuit;
54(a) ist ein Diagramm, das einen durch
ein Spektralverfahren abgeschätzten
RMS-Jitter zeigt, und 54(b) ist ein
Diagramm, das Δφ(t), abgeschätzt durch
ein Verfahren zur Phasenrausch-Wellenform-Abschätzung, zeigt; 54 (a) Fig. 12 is a diagram showing an RMS jitter estimated by a spectral method, and Figs 54 (b) Fig. 15 is a diagram showing Δφ (t) estimated by a phase noise waveform estimation method;
55 ist
ein Diagramm zum Vergleichen von Schätzwerten des RMS-Jitters; 55 Fig. 12 is a diagram for comparing estimates of the RMS jitter;
56(a) ist ein Diagramm, das einen durch
das Nulldurchgangsverfahren abgeschätzten Peak-to-Peak-Jitter zeigt, und 56(b) ist ein Diagramm, das eine durch
das Phasenrausch-Wellenform-Abschätzverfahren abgeschätzten Peak-to-Peak-Jitter
zeigt; 56 (a) FIG. 12 is a graph showing a peak-to-peak jitter estimated by the zero-crossing method, and FIG 56 (b) Fig. 10 is a diagram showing a peak-to-peak jitter estimated by the phase noise waveform estimation method;
57 ist
ein Diagramm zum Vergleich von Schätzwerten des Peak-to-Peak-Jitters; 57 is a graph comparing estimates of peak-to-peak jitter;
58(a) ist ein Diagramm, das ein Ergebnis
einer Messung der momentanen Periode eines PLL-Taktes mit dem Nulldurchgangsverfahren
zeigt, und 58(b) ist ein Wellenformdiagramm,
das ein mit dem Δφ(t)-Verfahren
abgeschätztes
Phasenrauschen zeigt; 58 (a) FIG. 15 is a diagram showing a result of measuring the current period of a PLL clock with the zero-crossing method, and FIG 58 (b) Fig. 10 is a waveform diagram showing a phase noise estimated by the Δφ (t) method;
59 ist
ein Diagramm zum Vergleichen von abgeschätzten Werten des RMS-Jitters
eines frequenzgeteilten Taktes; 59 Fig. 12 is a diagram for comparing estimated values of the RMS jitter of a frequency-divided clock;
60 ist
ein Diagramm zum Vergleichen abgeschätzter Werte des Peak-to-Peak-Jitters
eines frequenzgeteilten Taktes; 60 Fig. 12 is a diagram for comparing estimated values of the peak-to-peak jitter of a frequency-divided clock;
61(a) ist ein Wellenformdiagramm, das
ein Phasenrauschspektrum zeigt, wenn 3σ = 0,15 V ist, und 61(b) ist ein Wellenformdiagramm, das
ein Phasenrauschspektrum für
3σ = 0,10
V zeigt; 61 (a) FIG. 12 is a waveform diagram showing a phase noise spectrum when 3σ = 0.15V, and FIG 61 (b) Fig. 12 is a waveform diagram showing a phase noise spectrum for 3σ = 0.10V;
62 ist
ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für ein Hilbert-Paar zeigt; 62 Fig. 15 is a waveform diagram showing an example of a Hilbert pair;
63 ist
ein Wellenformdiagramm, das ein anderes Beispiel für ein Hilbert-Paar
zeigt; 63 Fig. 15 is a waveform diagram showing another example of a Hilbert pair;
64 ist ein Wellenformdiagramm zum Erläutern eines
Unterschiedes zwischen Peak-to-Peak-Jittern; 64 Fig. 15 is a waveform diagram for explaining a difference between peak-to-peak jitter;
65 ist
ein Diagramm, in dem abgeschätzte
Werte des Peak-to-Peak-Jitters aufgetragen sind; 65 Fig. 12 is a graph plotting estimated values of peak-to-peak jitter;
66(a) ist ein Wellenformdiagramm, das
eine VCO-Eingabe einer verzögerungsfehlerfreien PLL-Schaltung
zeigt, und 66(b) ist ein Wellenformdiagramm,
das einen PLL-Takt einer verzögerungsfehlerfreien
PLL-Schaltung zeigt; 66 (a) FIG. 12 is a waveform diagram showing a VCO input of a delay-error-free PLL circuit; and FIG 66 (b) Fig. 15 is a waveform diagram showing a PLL clock of a delay-error-free PLL circuit;
67 ist ein Blockdiagramm, das ein spezifisches
Beispiel für
die Mittel zur Umformung des analytischen Signals 11 zeigt; 67 is a block diagram showing a specific example of the means for reshaping the analytical signal 11 shows;
68 ist ein Blockdiagramm, das jeweils spezifische
Beispiele eines Momentanphasen-Abschätzers 12 und
eines Linearphasen-Entferners 13 zeigt; 68 Fig. 12 is a block diagram each showing specific examples of a present-phase estimator 12 and a linear phase remover 13 shows;
69 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel
für die
Mittel zur Umformung des analytischen Signals 11 und ein
Beispiel für
eine Vorrichtung zum Messen eines Jitters zeigt, zu der ein Spektralanalyseteil hinzugefügt ist; 69 Fig. 10 is a block diagram showing another example of the means for reshaping the analytic signal 11 and Fig. 14 shows an example of a jitter measuring apparatus to which a spectrum analyzing part is added;
70A ist ein Diagramm, das einen 1/2-Frequenzteiler
zeigt; 70A Fig. 12 is a diagram showing a 1/2 frequency divider;
70B ist ein Diagramm, das eine Eingabewellenform
T und eine Ausgabewellenform Q des in 70A gezeigten
Frequenzteilers zeigt; 70B FIG. 15 is a diagram illustrating an input waveform T and an output waveform Q of the in 70A shown frequency divider shows;
71 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration
zum Messen eines Jitters der frequenzgeteilten Taktwellenform mit
einem Digitaloszilloskop zeigt; 71 is a block diagram illustrating a system configuration for measuring a jitter of the frequency shows divided clock waveform with a digital oscilloscope;
72 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen
mit dem in 71 gezeigten System gemessenen
Peak-to-Peak-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers
zeigt; 72 is a diagram showing a relationship between with the in 71 shown system shows peak-to-peak jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;
73 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen
einem mit dem in 71 gezeigten System gemessenen
RMS-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers
zeigt; 73 is a diagram showing a relationship between a with the in 71 shown system measured RMS jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;
74 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration
zum Messen eines Jitters der frequenzgeteilten Taktwellenform unter
Verwendung eines Δφ-Bewerters
zeigt; 74 Fig. 10 is a block diagram showing a system configuration for measuring a jitter of the frequency-divided clock waveform using a Δφ evaluator;
75 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen
einem mit dem in 74 gezeigten System gemessenen
Peak-to-Peak-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers
zeigt; 75 is a diagram showing a relationship between a with the in 74 shown system shows peak-to-peak jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;
76 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen
einem mit dem in 74 gezeigten System gemessenen
RMS-Jitter und der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers
zeigt; 76 is a diagram showing a relationship between a with the in 74 shown system measured RMS jitter and the number of frequency divisions N of the frequency divider;
77 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse
zeigt, wenn ein einer Sinuswelle ähnliches Taktsignal einem Analog-Digital-Wandler
und einem Komparator zugeführt
wird, wo Peak-to-Peak-Jitter gemessen werden; 77 Fig. 15 is a diagram showing respective results when a clock signal similar to a sine wave is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where peak-to-peak jitter is measured;
78 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse
zeigt, wenn ein Taktsignal ähnlich
einer Sinuswelle einem Analog-Digital-Wandler und einem Komparator
zugeführt
wird, wo RMS-Jitter gemessen werden; 78 Fig. 12 is a diagram showing respective results when a clock signal similar to a sine wave is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where RMS jitter is measured;
79 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse
zeigt, wenn ein Taktsignal mit einer Rechteckwellengestalt einem
Analog-Digital-Wandler und einem Komparator zugeführt wird,
wo Peak-to-Peak-Jitter gemessen werden; 79 Fig. 12 is a diagram showing respective results when a clock signal having a rectangular wave shape is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where peak-to-peak jitter is measured;
80 ist ein Diagramm, das jeweilige Ergebnisse
zeigt, wenn ein Taktsignal mit einer Rechteckwellengestalt einem
Analog-Digital-Wandler und einem Komparator zugeführt wird,
wo RMS-Jitter gemessen werden. 80 Fig. 12 is a diagram showing respective results when a clock signal having a rectangular wave shape is supplied to an analog-to-digital converter and a comparator where RMS jitter is measured.
81a ist ein Diagramm, das einen Jitter einer relativen
Nulldurchgangszeit zeigt, und 81b ist ein
Diagramm, das einen Jitter gegen eine Idealzeit zeigt; 81a FIG. 12 is a diagram showing a jitter of a relative zero-crossing time, and FIG 81b is a diagram showing a jitter against an ideal time;
82 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle
Konfiguration einer Ausgestaltung zeigt, bei der die vorliegende
Erfindung auf die Messung eines Peak-to-Peak-Jitters angewendet
wird; 82 Fig. 10 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment in which the present invention is applied to the measurement of a peak-to-peak jitter;
83 ist ein Diagramm, das angenäherte Nulldurchgangspunkte,
Abtastwerte der Phasenrausch-Wellenform und ihre Differenzen bei
der in 82 gezeigten Ausgestaltung
zeigt; 83 FIG. 12 is a diagram showing approximated zero crossing points, samples of the phase noise waveform, and their differences in in 82 shown embodiment shows;
84 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines
Experimentes einer Peak-to-Peak-Jittermessung
mit Hilfe eines herkömmlichen
Zeitintervallanalysators zeigt; 84 Fig. 10 is a diagram showing a configuration of an experiment of a peak-to-peak jitter measurement by means of a conventional time interval analyzer;
85 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines
Experimentes einer Peak-to-Peak-Jittermessung
unter Verwendung der in 82 gezeigten
Ausgestaltung zeigt; 85 FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an experiment of a peak-to-peak jitter measurement using the in. FIG 82 shown embodiment shows;
86 ist ein Diagramm, das durch Peakwerte eines
Jitters ein gemessenes experimentelles Ergebnis eines Peak-to-Peak-Jitters
zeigt; 86 Fig. 12 is a graph showing peak values of a jitter showing a measured experimental result of peak-to-peak jitter;
87 ist ein Diagramm, das anhand von Effektiv-Werten
eines Jitters ein experimentelles Meßergebnis eines Peak-to-Peak-Jitters
zeigt; 87 Fig. 12 is a graph showing an experimental measurement result of peak-to-peak jitter based on effective values of a jitter;
88 ist ein Diagramm, das eine weitere Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung zeigt; 88 Fig. 10 is a diagram showing another embodiment of the present invention;
89 ist ein Diagramm, das anhand von Peakwerten
eines Jitters ein experimentelles Meßergebnis eines RMS-Jitters
zeigt; 89 Fig. 10 is a graph showing an experimental measurement result of an RMS jitter from peak values of a jitter;
90 ist ein Diagramm, das anhand von Effektiv-Werten
eines Jitters ein experimentelles Meßergebnis eines RMS-Jitters
zeigt; 90 is a diagram showing an experimental measurement result of an RMS jitter based on jitter rms values;
91 ist ein Diagramm, das eine Ausgestaltung zeigt,
bei der die vorliegende Erfindung auf die Messung eines Zyklus-zu-Zyklus-Jitters
angewendet wird; 91 Fig. 12 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to the measurement of a cycle-to-cycle jitter;
92 ist ein Diagramm, das ein experimentelles Meßergebnis
eines Zyklus-zu-Zyklus-Jitters zeigt; 92 Fig. 10 is a diagram showing an experimental measurement result of a cycle-to-cycle jitter;
93 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit
einer herkömmlichen
Vorrichtung gemessenem Sinuswellenjitter zeigt; 93 Fig. 10 is a diagram showing a histogram of sine wave jitter measured with a conventional device;
94 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit
der in 82 gezeigten Ausgestaltung
gemessenem Sinuswellenjitter zeigt; 94 is a diagram showing a histogram of with the in 82 shown embodiment shows measured sine wave jitter;
95 ist ein Diagramm, das ein Histogramm der mit
der in 68 gezeigten Ausgestaltung
gemessenen Phasenrausch-Wellenform zeigt; 95 is a graph showing a histogram of the in 68 1 shows a measured phase noise waveform;
96 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit
der in 91 gezeigten Ausgestaltung
gemessenem Zyklus-zu-Zyklus-Jitter zeigt; 96 is a diagram showing a histogram of with the in 91 1 shows measured cycle-to-cycle jitter;
97 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit
der herkömmlichen
Vorrichtung gemessenem zufälligem
Jitter zeigt; 97 Fig. 15 is a diagram showing a histogram of random jitter measured by the conventional apparatus;
98 ist ein Diagramm, das ein Histogramm von mit
der in 82 gezeigten Ausgestaltung
gemessenem zufälligem
Jitter zeigt; 98 is a diagram showing a histogram of with the in 82 1 shows measured random jitter;
99a ist ein Diagramm, das eine Wellenform eines
Realteiles eines analytischen Signals zeigt, 99b ist
ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform und ihre Nulldurchgangs-Abtastwerte
zeigt, und 99c ist ein Diagramm, das einen
Peak-to-Peak-Jitter
zeigt, der durch eine differentielle Berechnung im Falle Ts = Tin erhalten
ist; 99a Fig. 15 is a diagram showing a waveform of a real part of an analytic signal. 99b FIG. 12 is a diagram showing a phase noise waveform and its zero-crossing samples; and FIG 99c Fig. 12 is a graph showing a peak-to-peak jitter obtained by a differential calculation in the case of T s = T in ;
100 ist ein Diagramm, das eine Korrelation
zwischen jedem für
die differentielle Berechnung benötigten Abtastzeitpunkt der
Phasenrausch-Wellenform Δπ(t) im Falle
Ts < Tin, seinen Abtastwert und einen Zeitpunkt
zeigt, an dem der differentielle Wert erhalten wird; 100 Fig. 15 is a graph showing a correlation between each sampling time required for the differential calculation of the phase noise waveform Δπ (t) in the case of T s <T in , its sample value, and a time point at which the differential value is obtained;
101a ist ein Diagramm, das eine Wellenform eines
Realteiles eines analytischen Signals zeigt, 101b ist
ein Diagramm, das eine Phasenrausch-Wellenform und ihre Nulldurchgangs-Abtastwerte
zeigt, und 101c ist ein Diagramm, das
einen durch eine differentielle Berechnung im Fall Ts =
1 und Tin = 17 erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter
zeigt; 101 Fig. 15 is a diagram showing a waveform of a real part of an analytic signal. 101b FIG. 12 is a diagram showing a phase noise waveform and its zero-crossing samples; and FIG 101c Fig. 15 is a graph showing a peak-to-peak jitter obtained by a differential calculation in the case of T s = 1 and T in = 17;
102a ist ein Diagramm, das einen im Fall Ts = Tin für einen
Sinuswellenjitter erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter zeigt, und 102b ist ein Diagramm, das einen im Fall Ts= 1 und Tin = 17
für einen
Sinuswellenjitter erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter zeigt; 102 Fig. 15 is a diagram showing a peak-to-peak jitter obtained in the case of T s = T in for sine wave jitter, and Figs 102b Fig. 12 is a diagram showing a peak-to-peak jitter obtained in the case of T s = 1 and T in = 17 for sine wave jitter;
103a ist ein Diagramm, das eine Konfiguration
zur Durchführung
einer gewöhnlichen
AD-Wandlung zeigt,
und 103b ist ein Diagramm, das
eine Konfiguration zur Durchführung
einer AD-Wandlung durch ein Undersampling-Verfahren zeigt; 103a FIG. 12 is a diagram showing a configuration for performing ordinary AD conversion, and FIG 103b Fig. 15 is a diagram showing a configuration for performing an AD conversion by an undersampling method;
104a ist ein Diagramm, das eine Wellenform einer
Folge von Abtastwerten zeigt, wenn ein Eingabesignal wie üblich im
Hochfrequenzzustand abgetastet wird, und 104b ist
ein Diagramm, das eine Wellenform einer Folge von Abtastwerten zeigt,
wenn ein Eingabesignal mit dem Undersampling-Verfahren abgetastet
wird; und 104a FIG. 15 is a diagram showing a waveform of a sequence of samples when an input signal is sampled in the high-frequency state as usual; and FIG 104b Fig. 15 is a diagram showing a waveform of a sequence of samples when an input signal is sampled by the undersampling method; and
105a ist ein Diagramm, das ein Spektrum der in 104a gezeigten Folge von Abtastwerten zeigt, und 105b ist Diagramm, das ein Spektrum der in 104b gezeigten Folge von Abtastwerten zeigt. 105a is a diagram showing a spectrum of in 104a shows shown sequence of samples, and 105b is diagram that is a spectrum of in 104b shows shown sequence of samples.
BESTE ARTEN, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHRENBEST TYPES OF EXECUTING THE INVENTION
Bei
der Untersuchung und Entwicklung einer PLL-Schaltung wird noch ein
herkömmliches
Verfahren zum Messen eines Jitters benutzt, und die Kompatibilität zwischen
Daten in einem Prüfstadium
und Daten in einem Entwicklungsstadium ist ein wichtiges Problem.
Insbesondere um eine Entwurfsänderung
in kurzer Zeit durchzuführen
und/oder einen Prozeß zu
verbessern, um eine Verbesserung der Produktionsausbeute zu realisieren,
ist ein Prüfverfahren
wichtig, das Prüfergebnisse
gemeinsam nutzen kann. Aus diesem Gesichtspunkt schafft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die als ein Taktprüfverfahren
vernünftig sind.In the study and development of a PLL circuit, a conventional method of measuring a jitter is still used, and the compatibility between data in a test stage and data in a development stage is an important problem. In particular, to make a design change in a short time and / or to improve a process for realizing an improvement in production yield, a test method that can share test results is important. From this point of view The present invention provides a method and apparatus that are reasonable as a clock checking method.
Um
die Kompatibilität
mit einem RMS-Jitter zu erzielen, muß die Gestalt eines Phasenrausch-Leistungsspektrums
im Frequenzbereich aufrechterhalten werden. Dies kann gelöst werden
durch Verwendung eines bereits diskutierten analytischen Signals.
Um die Kompatibilität
mit einer Peak-to-Peak-Jittermessung
zu gewährleisten,
ist ein Verfahren zum Aufrechterhalten des Nulldurchganges einer
Wellenform erforderlich. Wie bereits deutlich gezeigt, enthält die Grundwelle
einer Taktwellenform die Nulldurchgangsinformation des ursprünglichen
Taktes aufrecht ("Nullgangstheorem"). Für eine Messung
eines Peak-to-Peak-Jitters ist es deshalb ausreichend, einen Phasenwinkel
unter Verwendung nur der Grundwelle der Taktwellenform abzuschätzen. Zum
Beispiel die Gleichung (2.5.2) oder (3.23) entspricht dieser Grundwelle.Around
the compatibility
with RMS jitter must take the form of a phase noise power spectrum
be maintained in the frequency domain. This can be solved
by using an analytical signal already discussed.
For compatibility
with a peak-to-peak jitter measurement
to ensure,
is a method for maintaining the zero crossing of a
Waveform required. As already clearly shown, the fundamental contains
a clock waveform, the zero crossing information of the original one
Clock upright ("Nullgangstheorem"). For a measurement
of a peak-to-peak jitter, therefore, it is sufficient to have a phase angle
using only the fundamental wave of the clock waveform. To the
For example, equation (2.5.2) or (3.23) corresponds to this fundamental.
Aus
der Gleichung (2.5.2) oder (3.23) kann interpretiert werden, daß eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) eine
Phase einer der Taktfrequenz entsprechenden Trägerwelle zufällig verändert. Als
ein Ergebnis dieser zufälligen
Phasenmodulation fluktuiert die Periode der Trägerwelle, und ein Jitter wird
erzeugt. Eine tatsächlich
beobachtbare Größe ist,
wie in 30(a) gezeigt, lediglich der
Realteil des zufällig
phasenmodulierten Signals (siehe z. B. Literaturhinweis c16). Wenn
jedoch auch der Imaginärteil
gleichzeitig beobachtet werden könnte,
könnte
der Phasenwinkel leicht erhalten werden. Dieses Konzept entspricht
der Auffassung der Taktwellenform als das oben erwähnte analytische
Signal. 30(b) zeigt ein Blockdiagramm,
wo die Taktwellenform als analytisches Signal angesehen wird. Wenn
das Innere der PLL-Schaltung betrachtet wird, wie in 31 gezeigt,
könnte
eine Schwingungswellenform eines spannungsgesteuerten Oszillators
(VCO) als das analytische Signal behandelt werden.It can be interpreted from the equation (2.5.2) or (3.23) that a phase noise waveform Δφ (t) randomly changes a phase of a carrier wave corresponding to the clock frequency. As a result of this random phase modulation, the period of the carrier wave fluctuates and jitter is generated. An actually observable quantity is, as in 30 (a) only the real part of the randomly phase modulated signal is shown (see, for example, reference c16). However, if the imaginary part could also be observed at the same time, the phase angle could be easily obtained. This concept corresponds to the conception of the clock waveform as the above-mentioned analytic signal. 30 (b) shows a block diagram where the clock waveform is considered as an analytical signal. If the inside of the PLL circuit is considered as in 31 As shown, a vibration waveform of a voltage controlled oscillator (VCO) could be treated as the analytic signal.
In
diesem Fall moduliert Δφ(t) zufällig die
Phase der Taktwellenform. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist
deshalb, ein Verfahren zum Ableiten von Δφ(t) von der Tabellenform zu
schaffen. 32 zeigt ein Blockdiagramm einer
ersten Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Messen eines Jitters
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Zum Beispiel wird eine analoge Taktwellenform von einer
in Prüfung
befindlichen PLL-Schaltung 17 in ein digitales Taktsignal
durch einen Analog-Digital-Wandler
ADC umgesetzt, und das digitale Taktsignal wird einem Hilbert-Paar-Generator
zugeführt,
der als Mittel 11 zum Umformen des analytischen Signals wirkt,
durch das das digitale Taktsignal in ein komplexes analytisches
Signal umgeformt wird. Mit Bezug auf dieses analytische Signal wird
eine momentane Phase des analytischen Signals durch einen Momentanphasen-Abschätzer 12 abgeschätzt. Eine
lineare Phase wird von der Momentanphase durch ein Linearphase-Entfernungsmittel 13 entfernt,
um einen variablen Anteil der momentanen Phase, d. h. eine Phasenrausch-Wellenform,
zu erhalten. Ein Peak-to-Peak-Jitter wird aus der Phasenrausch-Wellenform durch
einen Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßt. Zusätzlich wird ein RMS-Jitter
aus der Phasenrausch-Wellenform durch einen RMS-Detektor 15 erfaßt.In this case Δφ (t) randomly modulates the phase of the clock waveform. An object of the present invention is therefore to provide a method for deriving Δφ (t) from the tabular form. 32 shows a block diagram of a first embodiment of a device for measuring a jitter according to the present invention. For example, an analog clock waveform will be from a PLL circuit under test 17 converted into a digital clock signal by an analog-to-digital converter ADC, and the digital clock signal is supplied to a Hilbert pair generator, which is used as a means 11 for transforming the analytic signal, by which the digital clock signal is transformed into a complex analytic signal. With respect to this analytic signal, a momentary phase of the analytic signal is detected by a momentum phase estimator 12 estimated. A linear phase is taken from the instantaneous phase by a linear phase removing means 13 to obtain a variable portion of the current phase, that is, a phase noise waveform. A peak-to-peak jitter is extracted from the phase noise waveform by a peak-to-peak detector 14 detected. In addition, an RMS jitter from the phase noise waveform is detected by an RMS detector 15 detected.
Wie
bereits oben erwähnt,
wird ein Referenztaktsignal, das weiterhin streng eine konstante
Periode einhält,
der in Prüfung
befindlichen PLL-Schaltung zugeführt. 33 zeigt
das Referenztaktsignal. Infolgedessen erzeugt die in Prüfung befindliche
PLL-Schaltung intern keinen Phasenfehler, so daß nur ein durch einen VCO verursachter
zufälliger
Jitter auf der Taktwellenform erscheint. Eine aufgenommene Taktwellenform
wird in ein analytisches Signal umgeformt, und ihre momentane Phase
wird abgeschätzt,
um einen Jitter basierend auf der Streuung gegenüber einer linearen Phase abzuschätzen. 34 zeigt
ein Jitter-Prüfsystem,
wo die vorliegende Erfindung angewendet wird.As already mentioned above, a reference clock signal which continues strictly to a constant period is supplied to the PLL circuit under test. 33 shows the reference clock signal. As a result, the PLL circuit under test does not internally generate a phase error, so that only a random jitter caused by a VCO appears on the clock waveform. A picked-up clock waveform is converted into an analytic signal, and its instantaneous phase is estimated to estimate a jitter based on the dispersion versus a linear phase. 34 shows a jitter test system where the present invention is applied.
Jeder
Block kann auch durch analoge Signalverarbeitung realisiert werden.
In der vorliegenden Erfindung ist jeder Block jedoch durch digitale
Signalverarbeitung ausgeführt.
Digitale Signalverarbeitung ist flexibler als analoge Signalverarbeitung,
und ihre Geschwindigkeit und Genauigkeit können leicht entsprechend der Schaltungsausstattung
verändert
werden. Aus der gegenwärtigen
Erfahrung der Erfinder bei der Entwicklung einer Rauschanalysevorrichtung
für ein
Fernsehbildsignal wird vermutet, daß die benötigte Zahl von Bits zur Quantisierung
einer Taktwellenform 10 Bits oder mehr wäre.Each block can also be realized by analog signal processing. However, in the present invention, each block is implemented by digital signal processing. Digital signal processing is more flexible than analog signal processing, and its speed and accuracy can be easily changed according to the circuit configuration. From the inventors' current experience in developing a noise analysis device for a television picture signal, it is believed that the number of bits required to quantize a clock waveform 10 Bits or more would be.
Nun
wird ein Algorithmus zum Messen eines Jitters beschrieben, der bei
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.Now
For example, an algorithm for measuring a jitter is described in
of the present invention is used.
Ein
Hilbert-Paar-Generator als in 32 und 35 gezeigtes Mittel 11 zum Umformen eines
analytischen Signals formt eine Taktwellenform Xc(t)
in ein analytisches Signal Zc(i) um. Nach
Gleichung (3.6) ist das Hilbert-transformierte Ergebnis von Xc(t) gegeben durch folgende Gleichung (3.34). x ⌢c(t) = H[xc(t)]
= Acsin(2πfct + θc + Δϕ(t)) (3.34) A Hilbert pair generator as in 32 and 35 An analytical signal transforming means 11 transforms a clock waveform X c (t) into an analytic signal Z c (i). According to equation (3.6), the Hilbert-transformed result of X c (t) is given by the following equation (3.34). x ⌢ c (t) = H [x c (t)] = A c sin (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) (3.34)
Wenn
Xc(t) und x ⌢c(t) als
Realteil und Imaginärteil
einer komplexen Zahl aufgefaßt
werden, ist ein analytisches Signal durch die folgende Gleichung
(3.35) gegeben. zc(t)
= xc(t) + jx ⌢c(t)
=
Accos(2πfct + θc + Δϕ(t))
+ jAcsin(2πfct
+ θc + Δϕ(t)) (3.35) If X c (t) and x ⌢ c (t) are considered to be the real part and the imaginary part of a complex number, an analytic signal is given by the following equation (3.35). z c (t) = x c (t) + jx ⌢ c (t) = A c cos (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) + jA c sin (2.pi.f c t + θ c + Δφ (t)) (3.35)
In
diesem Fall ist es bevorzugt, wie in 35 gezeigt,
daß die
Taktwellenform Xc(t) durch das Bandpaßfilter 21a geführt wird,
um Hochfrequenzkomponenten und eine Gleichstromkomponente zu beseitigen, und
daß die
Filterausgabe als Realteil des analytischen Signals Zc(t)
genutzt wird, und daß eine
Ausgabe des Hilbert-Transformators 21, die ein Ergebnis
einer Hilbert-Transformation der Filterausgabe ist, als Imaginärteil des
analytischen Signals Zc(t) genutzt wird.
Wenn die Grundwellenfrequenz der Taktwellenform Xc(t)
als f0 angenommen wird, ist das Durchgangsband
des Filters 21a f0/2–1,5f0. Außerdem
gibt es einen Hilbert-Transformator 21, in dem ein Bandpaßfilter
vorhanden ist. In diesem Fall wird die Taktwellenform Xc(t)
dem Hilbert-Transformator 21 zugeführt, so daß die Taktwellenform Xc(t) durch das interne Bandpaßfilter
geführt
wird, und anschließend
wird die Filterausgabe Hilbert-transformiert, um als Imaginärteil verwendet
zu werden. Die Taktwellenform Xc(t) hingegen
wird durch das Bandpaßfilter
geführt,
um als Realteil verwendet zu werden.In this case, it is preferable as in 35 shown that the clock waveform X c (t) by the band-pass filter 21a is performed to eliminate high-frequency components and a DC component, and that the filter output is used as a real part of the analytical signal Z c (t), and that an output of the Hilbert transformer 21 , which is a result of a Hilbert transform of the filter output, is used as an imaginary part of the analytic signal Z c (t). When the fundamental wave frequency of the clock waveform X c (t) is assumed to be f 0 , the pass band of the filter is 21a f 0 / 2-1.5f 0 . There is also a Hilbert transformer 21 in which a bandpass filter is present. In this case, the clock waveform X c (t) becomes the Hilbert transformer 21 is supplied so that the clock waveform X c (t) is passed through the internal band-pass filter, and then the filter output is Hilbert-transformed to be used as an imaginary part. On the other hand, the clock waveform X c (t) is passed through the band-pass filter to be used as a real part.
Der
folgende Algorithmus 3 ist eine Berechnungsprozedur, die das "Nullgangstheorem" (die Grundwelle
einer Wellenform enthält
die Nulldurchgangsinformation der ursprünglichen Wellen form) nutzt.
Das heißt
der Algorithmus 3 ist die Berechungsprozedur, die diese Demonstration
nutzt. Mit anderen Worten formt der Algorithmus 3 nur die Grundwelle
einer Taktwellenform in ein analytisches Signal um. 36(a) zeigt
die ursprüngliche
Taktwellenform, die eine Gestalt ähnlich einer Rechteckwelle
hat. Genauer gesagt führt
dieses Mittel 11 zur Umformung eines analytischen Signals,
wie in 67 gezeigt, eine Fouriertransformation
der Taktwellenform unter Verwendung des FFT-Teiles 21 durch. 36(b) zeigt ein zweiseitiges Leistungsspektrum,
das das Ergebnis der Fouriertransformation ist. Dann werden die
negativen Frequenzkomponenten durch das Bandpaßfilter 22 abgeschnitten.
Gleichzeitig wird, wie in 36(c) gezeigt,
nur die Grundwelle der Taktwellenform durch ein Bandpaßfilter 22 extrahiert.
Das heißt,
in diesem Schritt werden Hilbert-Transformation und Bandpaßfilterung
gleichzeitig durchgeführt.
Wenn das in 36(c) gezeigte Spektrum
durch ein Invers-FFT-Teil 23 invers fouriertransformiert
wird, wird ein analytisches Signal erhalten. Da nur die Frequenzkomponenten
in der Umgebung der Grundwelle durch die Bandpaßfilterung extrahiert werden,
entspricht das in 36(d) gezeigte analytische
Signal der Grundwelle der Taktwellenform, und Xc(t),
dargestellt als durchgezogene Linie, ist eine Summe von Sinuswellen.The following Algorithm 3 is a calculation procedure that uses the "zero-geared theorem" (the fundamental wave of a waveform containing the zero-crossing information of the original waveforms). That is, Algorithm 3 is the computational procedure that uses this demonstration. In other words, the algorithm 3 transforms only the fundamental wave of a clock waveform into an analytic signal. 36 (a) shows the original clock waveform, which has a shape similar to a square wave. More precisely, this agent performs 11 for transforming an analytic signal, as in 67 shown a Fourier transform of the clock waveform using the FFT part 21 by. 36 (b) shows a two-sided power spectrum that is the result of the Fourier transform. Then, the negative frequency components through the band-pass filter 22 cut off. At the same time, as in 36 (c) shown only the fundamental wave of the clock waveform through a band-pass filter 22 extracted. That is, in this step, Hilbert transform and band pass filtering are performed simultaneously. If that is in 36 (c) spectrum shown by an inverse FFT part 23 Inverse Fourier transform, an analytical signal is obtained. Since only the frequency components in the vicinity of the fundamental wave are extracted by the band-pass filtering, the in 36 (d) is the basic waveform of the clock waveform, and X c (t) shown as a solid line is a sum of sine waves.
Algorithmus 3 (Prozedur zum Umformen einer
realen Wellenform in ein analytisches Signal von dessen Grundwelle):Algorithm 3 (Procedure for transforming a
real waveform into an analytic signal from its fundamental):
-
1. Durch schnelle Fouriertransformation wird
c in den Frequenzbereich transformiert;1. By fast Fourier transformation is
c is transformed into the frequency domain;
-
2. Negative Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten.
Frequenzkomponenten in der Umgebung der Taktfrequenz werden durch
eine Bandpaßfilterung
extrahiert, und andere Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten;2. Negative frequency components are truncated to zero.
Frequency components in the vicinity of the clock frequency are through
a bandpass filtering
extracted, and other frequency components are truncated to zero;
-
3. Das Spektrum wird durch inverse schnelle Fouriertransformation
in den Zeitbereich transformiert.3. The spectrum is determined by inverse fast Fourier transformation
transformed into the time domain.
Ein
Momentanphasen-Abschätzer 12 schätzt eine
momentane Phase von Xc(t) unter Verwendung
von Zc(t) ab. Das heißt, folgende Gleichung (3.36.1)
wird erhalten. Θ(t) = [2πfc + θc + Δϕ(t)]
mod 2π (3.36.1) A momentary phase estimator 12 estimates an instantaneous phase of X c (t) using Z c (t). That is, the following equation (3.36.1) is obtained. Θ (t) = [2πf c + θ c + Δφ (t)] mod 2π (3.36.1)
Als
nächstes
wendet der Momentanphasen-Abschätzer 12 das
oben erwähnte
Phasenauspackverfahren auf Θ(t)
an. Wie in 68 gezeigt, umfaßt der Momentanphasen-Abschätzer nämlich einen
Momentanphasen-Bewertungsteil 24 zum Abschätzen einer
momentanen Phase des analytischen Signals Zc(t)
und ein Kontinuierlichphase-Umsetzungsteil 25 zum Anwenden
eines Auspackverfahrens auf die abgeschätzte momentane Phase Θ(t), um
eine kontinuierliche Phase θ(t)
zu erhalten. Als Ergebnis der kontinuierlichen Phasenumwandlung
wird folgende Gleichung (3.36.2) erhalten. θ(t)
= 2πfct + θc + Δϕ(t) (3.36.2) Next, the instantaneous phase estimator applies 12 the above-mentioned phase unpacking method on Θ (t). As in 68 Namely, the instantaneous phase estimator comprises a momentary phase judging part 24 for estimating a current phase of the analytic signal Z c (t) and a continuous-phase conversion part 25 for applying an unpacking method to the estimated instantaneous phase Θ (t) to obtain a continuous phase θ (t). As a result of the continuous phase transformation, the following equation (3.36.2) is obtained. θ (t) = 2πf c t + θ c + Δφ (t) (3.36.2)
37(b) und 37(c) zeigen
eine momentane Phase bzw. eine ausgepackte Phase. Zusätzlich schätzt ein
Linearphasen-Entferner 13 unter Verwendung des oben erwähnten Lineartrendabschätzungsverfahrens eine
lineare Phase [2πfct + θc] basierend auf θ(t) mit einem Linearphase-Abschätzungsteil 26 ab.
Wenn als nächstes
durch ein Subtrahierteil 27 die lineare Phase von θ(t) entfernt
wird, kann ein variabler Term Δφ(t) der momentanen
Phase, nämlich
eine durch die folgende Gleichung (3.36.3) ausgedrückte Phasenrausch-Wellenform
erhalten werden. θ(t) = Δϕ(t) (3.36.3) 37 (b) and 37 (c) show a momentary phase or an unwrapped phase. In addition, a linear phase remover estimates 13 using the linear trend estimation method mentioned above, a linear phase [2πf c t + θ c ] based on θ (t) with a linear phase estimation part 26 from. If next through a subtracting part 27 the linear phase of θ (t) is removed, a variable term Δφ (t) of the current phase, namely a phase noise waveform expressed by the following equation (3.36.3). θ (t) = Δφ (t) (3.36.3)
37(b) zeigt Δφ(t). Der in der vorliegenden
Erfindung verwendete Jitter-Meßalgorithmus
kann gleichzeitig einen Peak-to-Peak-Jitter JPP und
einen RMS-Jitter JRMS aus Δφ(t) durch
den Peak-to-Peak-Detektor 14 und
den RMS-Detektor 15 abschätzen. Das heißt, die
folgenden Gleichungen (3.37) und (3.38) können erhalten werden. 37 (b) shows Δφ (t). The jitter measuring algorithm used in the present invention can simultaneously detect a peak-to-peak jitter J PP and an RMS jitter J RMS from Δφ (t) through the peak-to-peak detector 14 and the RMS detector 15 estimated. That is, the following equations (3.37) and (3.38) can be obtained.
Im
folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
auch als Δφ(t)-Verfahren
bezeichnet.in the
The following is the process of the invention
also as Δφ (t) method
designated.
Als
nächstes
wird das erfindungsgemäße Verfahren
mit dem Nulldurchgangsverfahren logisch verglichen.When
next
becomes the method according to the invention
logically compared with the zero crossing procedure.
Zuerst
wird gezeigt, daß wenn
nur eine steigende Flanke eines Signals (gleich dem Nulldurchgang) abgetastet
wird, das Δφ(t)-Verfahren
dem Nulldurchgangsverfahren äquivalent
ist. Wenn die Periode des Nulldurchganges ausgedrückt wird
als TZERO, wird eine Taktwellenform Xc(t) ausgedrückt durch die folgende Gleichung
(3.39) First, it is shown that if only one rising edge of a signal (equal to zero crossing) is sampled, the Δφ (t) method is equivalent to the zero crossing method. When the period of zero crossing is expressed as T ZERO , a clock waveform X c (t) is expressed by the following equation (3.39)
Unter
Verwendung der Gleichung (3.35) kann ein durch folgende Gleichung
(3.40) ausgedrücktes
analytisches Signal erhalten werden.Under
Using Equation (3.35) can be given by the following equation
(3.40)
analytical signal are obtained.
Aus
der Gleichung (3.10.3) wird eine momentane Frequenz von Zc(t) durch folgende Gleichung (3.41) erhalten.From the equation (3.10.3), a momentary frequency of Z c (t) is obtained by the following equation (3.41).
Folglich
kann f(t) wie folgt ausgedrückt
werden.consequently
f (t) can be expressed as follows
become.
Das
heißt,
wenn nur eine steigende Flanke eines Signals abgetastet wird, ist
gezeigt, daß das Δφ(t)-Verfahren äquivalent
zum Nulldurchgangsverfahren ist.The
is called,
when only a rising edge of a signal is sampled
shown that the Δφ (t) method equivalent
to the zero crossing procedure.
Beim
Nulldurchgangsverfahren kann die Zeitauflösung der Periodenmessung nicht
willkürlich
gewählt werden.
Die Zeitauflösung
dieses Verfahrens ist festgelegt durch den Nulldurchgang des gemessenen
Signals. Beim Δφ(t)-Verfahren
hingegen können
sowohl Zeitauflösung
als auch Phasenauflösung
durch Erhöhen
der Zahl der Abtastwerte pro Periode verbessert werden. 39 zeigt einen Vergleich zwischen den
Daten des herkömmlichen
Nulldurchgangsverfahrens und den Daten des Δφ(t)-Verfahrens. Man erkennt,
daß die
Zeitauflösung
auf der Zeitachse und die Phasenauflösung auf der Längsachse
verbessert sind.In the zero-crossing method, the time resolution of the period measurement can not be arbitrarily selected. The time resolution of this method is determined by the zero crossing of the measured signal. By contrast, in the Δφ (t) method, both time resolution and phase resolution can be improved by increasing the number of samples per period. 39 Fig. 12 shows a comparison between the data of the conventional zero-crossing method and the data of the Δφ (t) method. It can be seen that the time resolution on the time axis and the phase resolution on the longitudinal axis are improved.
Vergleichen
wir nun eine obere Grenze des Abtastintervalls des Δφ(t)-Verfahrens
mit der des Nulldurchgangsverfahrens. Die obere Grenze des Abtastintervalls
des Δφ(t)-Verfahrens
kann aus den oben beschriebenen Bedingungen abgeleitet werden. Das
heißt,
um eine Phasenauspackung eindeutig durchzuführen, muß eine Phasendifferenz zwischen
benachbarten analytischen Signalen Zc(t)
kleiner als π sein.
Damit Zc(t) diese Bedingung erfüllt, müssen wenigstens
zwei Abtastwerte in gleichem Intervall innerhalb einer Periode abgetastet
werden. Da z. B. fC die durch Gleichung
(3.23) gegebene Frequenz von Xc(t) ist,
ist die obere Grenze des Abtastintervalls 1/2fc.
Andererseits ist die obere Grenze des äquivalenten Abtastintervalls
des Nulldurchgangsverfahrens 1/fc.Now let us compare an upper limit of the sampling interval of the Δφ (t) method with that of zero by main action. The upper limit of the sampling interval of the Δφ (t) method can be derived from the conditions described above. That is, to unambiguously perform phase unpacking, a phase difference between adjacent analytic signals Z c (t) must be less than π. For Z c (t) to satisfy this condition, at least two samples must be sampled at the same interval within a period. Because z. For example, f C is the frequency of X c (t) given by equation (3.23), the upper limit of the sample interval is 1 / 2f c . On the other hand, the upper limit of the equivalent sampling interval of the zero-crossing method is 1 / f c .
Als
nächstes
wird ein Abtastverfahren unter Verwendung von Quadraturmodulation
beschrieben. Die Taktfrequenz eines Mikrocomputers hat alle 5 Jahre
um einen Faktor 2,5 zugenommen. Sofern das Verfahren zum Messen
eines Jitters nicht bezüglich
der Meßzeitauflösung skalierbar
ist, kann der Taktjitter eines Mikrocomputers nicht gemessen werden.
Ein Verfahren, um das Verfahren zum Messen eines Jitters skalierbar
zu machen, ist die Quadraturmodulation. Wie aus 28 und 16 zu
erkennen ist, ist bei einer jitterbehafteten Taktwellenform ein
Phasenrausch-Spektrum um die Taktfrequenz als Mittenfrequenz gestreut.
Eine jitterbehaftete Taktwellenform ist also ein bandbreitenbegrenztes
Signal. Aus diesem Grund ist es möglich, die untere Grenze der
Abtastfrequenz zu reduzieren, indem die Quadraturmodulation mit
einem Tiefpaßfilter
kombiniert wird.Next, a sampling method using quadrature modulation will be described. The clock frequency of a microcomputer has increased by a factor of 2.5 every 5 years. Unless the method of measuring a jitter is scalable with respect to the measurement time resolution, the clock jitter of a microcomputer can not be measured. One method to make the method of measuring a jitter scalable is quadrature modulation. How out 28 and 16 can be seen, a phase noise spectrum is scattered by the clock frequency as the center frequency at a jittery clock waveform. A jittery clock waveform is thus a bandwidth limited signal. For this reason, it is possible to reduce the lower limit of the sampling frequency by combining the quadrature modulation with a low-pass filter.
40(a) ist ein Blockdiagramm, das einen
Phasenabschätzer
zum Abschätzen
von Δφ(t) einer
Taktwellenform unter Verwendung eines Quadraturmodulationssystems
zeigt. Die Eingabe Xc(t) wird in einem komplexen
Mischer gemäß folgender
Gleichung (3.43) multipliziert. cos(2π(fc + Δf)t
+ θ) +
jsin(2π(fc + Δf)t
+ θ) (3.43) 40 (a) Fig. 10 is a block diagram showing a phase estimator for estimating Δφ (t) of a clock waveform using a quadrature modulation system. The input X c (t) is multiplied in a complex mixer according to the following equation (3.43). cos (2π (f c + Δf) t + θ) + jsin (2π (f c + Δf) t + θ) (3.43)
Eine
komplexe Ausgabe des Tiefpaßfilters
ist gegeben durch die folgende Gleichung (3.44).A
complex output of the low-pass filter
is given by the following equation (3.44).
Das
heißt,
Xc(t) wird durch die Quadraturmoduiation
und das Tiefpaßfilter
in ein analytisches Signal Zc(i) umgeformt,
und die Frequenz wird auf Δf
verringert. Anschließend
wird das analoge Signal in ein digitales Signal umgeformt, und eine
momentane Phase von Xc(t) wird durch einen
Momentanphasen-Abschätzer
abgeschätzt,
so daß eine
durch die folgende Gleichung (3.45) ausgedrückte momentane Phase Θ(t) erhalten werden
kann. Θ(t) = [2πΔft + (θ – θc) – Δϕ(t)]mod2π (3.45) That is, X c (t) is converted into an analytic signal Z c (i) by the quadrature modulation and the low-pass filter, and the frequency is reduced to Δf. Subsequently, the analog signal is converted into a digital signal, and an instantaneous phase of X c (t) is estimated by an instantaneous phase estimator, so that a current phase Θ (t) expressed by the following equation (3.45) can be obtained. Θ (t) = [2πΔft + (θ - θ c ) - Δφ (t)] mod2π (3.45)
Ähnlich dem
vorherigen Beispiel wird eine Phasenauspackung an Θ(t) vorgenommen,
und eine lineare Phase wird durch einen Linearphasen-Entferner entfernt,
so daß die
folgende Gleichung (3.46) erhalten werden kann. θ(t)
= –Δφ(t) (3.46) Similar to the previous example, phase unpacking is performed on Θ (t), and a linear phase is removed by a linear phase remover, so that the following equation (3.46) can be obtained. θ (t) = -Δφ (t) (3.46)
Wie
oben erwähnt,
ist gezeigt worden, daß die
untere Grenze der Abtastfrequenz des Δφ(t)-Verfahrens von 2fc auf
2(Δf) reduziert
werden, indem die Quadraturmodulation mit einem Tiefpaßfilter
kombiniert wird. Entsprechend kann auch die untere Grenze der äquivalenten
Abtastfrequenz des Nulldurchgangsverfahrens von fc auf Δf reduziert
werden. Ein ähnlicher
Effekt kann auch erhalten werden durch Kombinieren eines in 40(b) gezeigten Heterodyn-Systems mit
einem Tiefpaßfilter.
Hier wird eine eingegebene Taktwellenform Xc(t)
mit cos(2π(fc
+ Δf)t + θ) durch
den Mischer multipliziert, und eine Frequenzdifferenzkomponente
wird aus der Ausgabe des Mischers durch ein Tiefpaßfilter
oder ein Bandpaßfilter
extrahiert. Die Differenzfrequenzkomponente wird durch den AD-Wandler
in ein digitales Signal umgewandelt, und das digitale Signal wird
z. B. dem Hilbert-Paar-Generator zugeführt, der als Mittel 11 zum
Umformen des analytischen Signals wirkt.As mentioned above, it has been shown that the lower limit of the sampling frequency of the Δφ (t) method is reduced from 2f c to 2 (Δf) by combining the quadrature modulation with a low pass filter. Similarly, the lower limit of the equivalent sampling frequency of the zero-crossing method can be reduced from f c to Δf. A similar effect can also be obtained by combining an in 40 (b) shown heterodyne system with a low-pass filter. Here, an input clock waveform X c (t) with cos (2π (fc + Δf) t + θ) is multiplied by the mixer, and a frequency difference component is extracted from the output of the mixer by a low-pass filter or a band-pass filter. The difference frequency component is converted by the AD converter into a digital signal, and the digital signal is z. B. supplied to the Hilbert pair generator, which acts as a means 11 for reshaping the analytical signal.
Schließlich werden
die Meßzeitperioden
Tmeas des Δφ(t)-Verfahrens und des Nulldurchgangsverfahrens
abgeleitet. Tmeas,ZERO des Nulldurchgangsverfahrens
ist durch folgende Gleichung (3.47.1) als Zeitperiode gegeben, die
zum Sammeln des Δφ(t) von
N Punkten erforderlich ist, entsprechend der unteren Grenze einer äquivalenten
Abtastfrequenz Δf.Finally, the measurement time periods T meas of the Δφ (t) method and the zero-crossing method are derived. T meas, ZERO of the zero-crossing method is given by the following equation (3.47.1) as a time period required to collect the Δφ (t) of N points corresponding to the lower limit of an equivalent sampling frequency Δf.
Für das Δφ(t)-Verfahren
wird der Fall der K-fachen Zahl von Abtastwerten pro Periode diskutiert.
Deshalb ist eine beim Δφ(t)-Verfahren
benötigte
Zeitperiode zum Abtasten von N Punkten von Δφ(t) mit einer Frequenz 2K(Δf), die K
mal so hoch wie die Frequenz der unteren Grenze der Abtastfrequenz
ist, gegeben durch folgende Gleichung (3.47.2).For the Δφ (t) method
the case of K times the number of samples per period is discussed.
Therefore, one in the Δφ (t) method
needed
Time period for sampling N points of Δφ (t) having a frequency 2K (Δf) which is K
times as high as the frequency of the lower limit of the sampling frequency
is given by the following equation (3.47.2).
Das Δφ(t)-Verfahren
kann Δφ(t) also
2K-mal schneller messen als das Nulldurchgangsverfahren. Zusätzlich erkennt
man, daß die
Meßzeitauflösung durch
Anpassen von K skalierbar verändert
werden kann. Die Zeitauflösung
des Nulldurchgangsverfahrens hingegen ist durch Δf festgelegt. 41 zeigt
einen Vergleich zwischen dem Δφ(t)-Verfahren
und dem Nulldurchgangsverfahren.The Δφ (t) method can therefore measure Δφ (t) 2K times faster than the zero-crossing method. In addition, it can be seen that the measurement time resolution can be scaled by adjusting K scalable. By contrast, the time resolution of the zero-crossing method is defined by Δf. 41 shows a comparison between the Δφ (t) method and the zero-crossing method.
Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Abschätzen
einer spektralen Leistungsdichtefunktion einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) erläutert. Da
beim oben erwähnten
Algorithmus 3 nur die Grundwelle durch Bandpaßfilterung extrahiert wird,
besteht der Nachteil, daß der
Frequenzbereich, in dem eine spektrale Verteilung von Δφ(t) beobachtet
werden kann, begrenzt ist. Da der nachfolgend beschriebene Algorithmus
4 dazu dient, eine spektrale Verteilung von Δφ(t) zu beobachten, wird darin
keine Bandpaßfilterung
benutzt. Umgekehrt kann der unten beschriebene Algorithmus 4 nicht
zur Beobachtung von Δφ(t) eingesetzt
werden.When
next
will be a method of estimating
of a spectral power density function of a phase noise waveform Δφ (t). There
at the above mentioned
Algorithm 3 only the fundamental wave is extracted by band-pass filtering,
There is the disadvantage that the
Frequency range in which a spectral distribution of Δφ (t) is observed
can be limited. Since the algorithm described below
4 serves to observe a spectral distribution of Δφ (t) becomes therein
no bandpass filtering
used. Conversely, the algorithm 4 described below can not
used to observe Δφ (t)
become.
Wenn
ein analytisches Signal Zc(t) abgeschätzt wird,
wird schnelle Fouriertransformation eingesetzt. In diesem Fall wird
Xc(t)W(t) (eine durch Multiplizieren von
Xc(t) mit einer Fensterfunktion W(t) erhaltene
Wellenform) einer schnellen Fouriertransformation unterzogen. Im
allgemeinen hat die Amplitude von W(t) einen Wert nahe Null in der
Nähe des
ersten Zeitpunktes und des letzten Zeitpunktes (siehe z. B. Literaturhinweis c17).
Aus diesem Grund hat die durch inverse Fouriertransformation berechnete
Wellenform Xc(t)W(t) in der Nähe des ersten
Zeitpunktes und des letzten Zeitpunktes einen großen Fehler,
so daß Xc(t)W(t) nicht als Daten verwendet werden
kann. Auch bei der Abschätzung
von Zc(t) wird das dem mittleren Bereich
entsprechende Xc(t)W(t), d. h. etwa 50%
der Fensterfunktion, mit einem Kehrwert der Fensterfunktion 1/W(t)
multipliziert, um Zc(t) abzuschätzen, und
die Werte beider Enden von Xc(t)W(t) müssen verworfen
werden.When an analytic signal Z c (t) is estimated, fast Fourier transform is used. In this case, X c (t) W (t) (a waveform obtained by multiplying X c (t) by a window function W (t)) is subjected to a fast Fourier transform. In general, the amplitude of W (t) has a value near zero near the first time and the last time (see, for example, reference c17). For this reason, the inverse Fourier transform calculated waveform X c (t) W (t) has a large error near the first timing and the last timing so that X c (t) W (t) can not be used as data , Also in the estimation of Z c (t), the X c (t) W (t) corresponding to the central region, ie, about 50% of the window function, is multiplied by an inverse of the window function 1 / W (t) to obtain Z c ( t) and the values of both ends of X c (t) W (t) must be discarded.
Bei
diesem Verfahren können
nur 512 Punkte von Zc(t) aus 1024 Punkten
von Xc(t) abgeschätzt werden. In diesem Fall
wird angenommen, daß Xc(t) in einem Wellenform-Aufzeichnungspuffer
aufgezeichnet wird. Um die Zahl von Abtastwerten für Zc(t) zu steigern, ist es notwendig, den Wellenform-Aufzeichnungspuffer
zu segmentieren, so daß die
Wellenform teilweise mit der vorhergehenden Wellenform überlappt,
um Zc(t) entsprechend jedem Zeitintervall
zu berechnen und schließlich
jedes Zc(t) zusammenzusetzen, um das gesamte
zusammengesetzte Zc(t) zu erhalten.In this method, only 512 points of Z c (t) of 1024 points of X c (t) can be estimated. In this case, it is assumed that X c (t) is recorded in a waveform recording buffer. In order to increase the number of samples for Z c (t), it is necessary to segment the waveform recording buffer so that the waveform partially overlaps the previous waveform to calculate Z c (t) corresponding to each time interval, and finally each Z c (t) to obtain the entire composite Z c (t).
Wenn
Zc(t) abgeschätzt wird, sollte eine Fensterfunktion
verwendet werden, die nur die minimale Modulation einer Amplitude
von Xc(t) herbeiführt. Die Fensterfunktion, die
diese Bedingung erfüllen
kann, ist Hanning (siehe Literaturhinweis c17). Diese hat nur das
Minimum, d. h. ein Spektrum am oberen und am unteren Seitenband.
In diesem Fall überlappen
ca. 25% einer Wellenform.If Z c (t) is estimated, then a window function should be used which only causes the minimum modulation of an amplitude of X c (t). The window function that can satisfy this condition is Hanning (see reference c17). This has only the minimum, ie a spectrum at the upper and lower sideband. In this case, about 25% overlap a waveform.
Algorithmus
4 (Prozedur zum Abschätzen
eines Spektrums eines analytischen Signals):
- 1.
Xc(t) wird ab der Startadresse aus dem Wellenform-Aufzeichnungspuffer 31 entnommen
(69);
- 2. Xc(t) wird mit einer Fensterfunktion
W(t) durch ein Fensterfunktion-Multiplizierteil 32 multipliziert;
- 3. Das Produkt Xc(t)W(t) wird durch
ein schnelles Fouriertransformierteil 33 in den Frequenzbereich
transformiert;
- 4. Nur die negativen Frequenzkomponenten werden auf Null beschnitten;
- 5. Das Spektrum wird durch ein schnelles inverses Fouriertransformierteil 35 in
den Zeitbereich transformiert, um Zc(t)W(t)
zu erhalten;
- 6. Zc(t)W(t) wird mit einem Kehrwert
der Fensterfunktion durch ein Fensterfunktion-Dividierteil 36 multipliziert,
um Zc(t) zu erhalten;
- 7. Xc(t) wird aus dem Wellenform-Aufzeichnungspuffer
entnommen. In diesem Fall wird Xc(t) so
entnommen, daß zwei
benachbarte Xc(t) miteinander um ca. 25% überlappen;
und
- 8. Die obigen Schritte 2–7
werden wiederholt, bis das gesamte Zc(t)
erhalten ist.
Algorithm 4 (procedure for estimating a spectrum of an analytic signal): - 1. X c (t) is taken from the start address of the waveform record buffer 31 taken ( 69 );
- 2. X c (t) is multiplied by a window function W (t) by a window function multiplier part 32 multiplied;
- 3. The product X c (t) W (t) is replaced by a fast Fourier transforming part 33 transformed into the frequency domain;
- 4. Only the negative frequency components are truncated to zero;
- 5. The spectrum is characterized by a fast inverse Fourier transforming part 35 transformed into the time domain to obtain Z c (t) W (t);
- 6. Z c (t) W (t) is given with a reciprocal of the window function by a window function dividing part 36 multiplied to obtain Z c (t);
- 7. X c (t) is taken from the waveform record buffer. In this case, X c (t) is taken so that two adjacent X c (t) overlap with each other by about 25%; and
- 8. The above steps 2-7 are repeated until the entire Z c (t) is obtained.
Ein
Leistungsspektrum für
ein so verarbeitetes Zc(t) wird durch ein
Spektrumanalysierteil 38 abgeschätzt.A power spectrum for a thus processed Z c (t) is determined by a spectrum analyzer 38 estimated.
Als
nächstes
wird ein spezifisches Beispiel beschrieben, bei dem die Effektivität des oben
genannten Verfahrens zum Messen eines Jitters durch eine Simulation überprüft wird.Next, a specific example will be described in which the effectiveness of the above Method for measuring a jitter is checked by a simulation.
Beziehung
zwischen dem Nulldurchgang einer Taktwellenform und der Grundwelle
der Taktwellenform Es wird anhand der in 21 gezeigten
idealen Taktwellenform gezeigt, daß "der Nulldurchgang der Grundwelle einer
Wellenform die Nulldurchgangsinformation der ursprünglichen
Wellenform enthält
(Nulldurchgangstheorem)".
Das heißt,
eine Taktwellenform wird fouriertransformiert, die Grundfrequenzkomponente bleibt übrig, und
die Frequenzkomponenten der zweiten und höherer Harmonischer werden auf
Null beschnitten. Dieses Spektrum wird invers fouriertransformiert,
um die wiederhergestellte Wellenform im Zeitbereich zu erhalten.
Die Periode wird aus dem Nulldurchgang dieser Wellenform abgeschätzt. 42(a) zeigt ein Spektrum, aus dem die
Harmonischen entfernt worden sind. 42(b) zeigt
die wiederhergestellte Wellenform mit darübergelegter ursprünglicher
Taktwellenform. Entsprechend sind ein Teilsummenspektrum bis zur
Harmonischen 13. Ordnung und die wiederhergestellte Wellenform
in 43(a) bzw. 43(b) aufgetragen.
Beim Vergleich jeder wiederhergestellten Wellenform mit der ursprünglichen
Taktwellenform erkennt man, daß der
Nulldurchgang ein Fixpunkt ist. Das heißt, ein Zeitpunkt des Nulldurchgangs
ist konstant, unabhängig
von der Zahl der Ordnungen der in der Partialsumme verwendeten Harmonischen.Relationship between the zero crossing of a clock waveform and the fundamental wave of the clock waveform 21 shown ideal clock waveform that "the zero crossing of the fundamental wave of a waveform containing the zero crossing information of the original waveform (zero crossing theorem)". That is, a clock waveform is Fourier-transformed, the fundamental frequency component is left over, and the frequency components of the second and higher harmonics are clipped to zero. This spectrum is inverse Fourier transformed to obtain the recovered waveform in the time domain. The period is estimated from the zero crossing of this waveform. 42 (a) shows a spectrum from which the harmonics have been removed. 42 (b) shows the recovered waveform with the original clock waveform over it. Correspondingly, a partial sum spectrum is up to the harmonic 13 , Order and the recovered waveform in 43 (a) respectively. 43 (b) applied. Comparing each recovered waveform to the original clock waveform, one sees that the zero crossing is a fixed point. That is, a time of zero crossing is constant regardless of the number of orders of the harmonics used in the partial sum.
Ein
relativer Fehler zwischen einer "Periode
des ursprünglichen
Taktsignals" und
einer "aus einer
wiederhergestellten Wellenform abgeschätzten Periode" wird für jede Ordnung
von Harmonischen durch Inkrementieren der Zahl der Harmonischen
von 1 bis 13 erhalten. 44(a) zeigt
die relativen Fehlerwerte der Periode. Ein Fehler der abgeschätzten Periode
hängt nicht
von der Zahl der Ordnungen der Harmonischen ab. So wird gezeigt,
daß der "Nulldurchgang der
Grundwelle eine gute Näherung
für den
Nulldurchgang des ursprünglichen
Signals abgibt".
Die relativen Fehler von Effektiv-Werten einer Wellenform werden
zu Vergleichszwecken angegeben. 44(b) zeigt
die relativen Fehler der aus einer wiederhergestellten Wellenform
abgeschätzten
Effektiv-Werte im Vergleich zu den Effektiv-Werten der ursprünglichen
Taktwellenform. Man erkennt, daß im
Effektiv-Fall der relative Fehler nicht abnimmt, sofern die Partialsumme
nicht Harmonische höherer Ordnung
enthält.A relative error between a "period of the original clock signal" and a "period estimated from a recovered waveform" is obtained for each order of harmonics by incrementing the number of harmonics of 1 to 13. 44 (a) shows the relative error values of the period. An error of the estimated period does not depend on the number of harmonic orders. Thus it is shown that the "zero crossing of the fundamental wave gives a good approximation to the zero crossing of the original signal". The relative errors of rms values of a waveform are given for comparison purposes. 44 (b) shows the relative errors of the estimated rms values from a recovered waveform compared to the rms values of the original clock waveform. It can be seen that in the effective case, the relative error does not decrease unless the partial sum contains higher-order harmonics.
Als
Zusammenfassung der obigen Ergebnisse kann man feststellen, daß "wenn nur die Grundwelle eines
Taktsignals extrahiert werden kann, eine momentane Periode aus dem
Nulldurchgang der ursprünglichen
Taktwellenform abgeschätzt
werden kann. In diesem Fall wird die Abschätzungsgenauigkeit nicht verbessert,
auch wenn mehr Harmonische zur Abschätzung hinzugefügt werden". So ist das "Nulldurchgangstheorem" bewiesen.When
Summing up the above results one can state that "if only the fundamental of a
Clock signal can be extracted, a current period from the
Zero crossing of the original one
Estimated clock waveform
can be. In this case, the estimation accuracy is not improved
even if more harmonics are added to the estimation. "Thus, the" zero crossing theorem "is proved.
Als
nächstes
wird ein Fall erläutert,
bei dem das erfindungsgemäße Verfahren
zum Messen eines Jitters (Δφ(t)-Verfahren)
auf eine jitterfreie PLL-Schaltung angewendet wird. Als PLL-Schaltung
wird die in der Erläuterung
des Standes der Technik offenbarte PLL-Schaltung verwendet. Eine
in 46 gezeigte PLL-Schaltung ist in einer SPICE-Simulation
aus 0,6 μm-CMOS-Teilen
aufgebaut und wird durch eine Spannungsversorgung von 5 V betrieben,
um diverse Wellenformen zu erhalten. 45 zeigt
Parameter eines MOSFET. Eine Oszillationsfrequenz des VCO ist 128
MHz. Ein Frequenzteiler teilt eine Schwingungswellenform des VCO
auf ein Viertel der Frequenz, um es in einen PLL-Takt mit einer
Frequenz von 32 MHz umzuwandeln. Die Zeitauflösung der SPICE-Simulationswellenform
ist 50 ps. Dann wird aus der Simulationswellenform eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) berechnet.
Die Abschätzung
von Δφ(t) wird
mit Matlab simuliert.Next, a case where the method of measuring a jitter (Δφ (t) method) according to the present invention is applied to a jitter-free PLL circuit will be explained. As the PLL circuit, the PLL circuit disclosed in the explanation of the prior art is used. An in 46 The PLL circuit shown is constructed in a SPICE simulation from 0.6 μm CMOS parts and is operated by a power supply of 5 V to obtain various waveforms. 45 shows parameters of a MOSFET. An oscillation frequency of the VCO is 128 MHz. A frequency divider divides a vibration waveform of the VCO to a quarter of the frequency to convert it into a PLL clock having a frequency of 32 MHz. The time resolution of the SPICE simulation waveform is 50 ps. Then, a phase noise waveform Δφ (t) is calculated from the simulation waveform. The estimation of Δφ (t) is simulated with Matlab.
47(a) zeigt eine Eingabewellenform des
VCO. 47(b) zeigt eine Oszillationswellenform
des VCO. 48(a) zeigt ein Ausgabeleistungsspektrum
des VCO. Die Oszillationswellenform des VCO von 8092 Punkten wird
mit einer "Minimum-4-Term-Fensterfunktion" (vgl. z. B. Literaturhinweis
c18) multipliziert, und eine spektrale Leistungsdichtefunktion wird
mit Hilfe von schneller Fouriertransformation abgeschätzt. 48(b) zeigt die spektrale Leistungsdichtefunktion
des mit Algorithmus 4 abgeschätzten Δφ(t). Wie
in 69 gezeigt, wird ein analytisches Signal Zc(i) durch das Mittel zum Umformen des analytisches
Signals 11 unter Verwendung des Algorithmus 4 erzeugt.
Dann wird eine momentane Phase θ(t)
dieses analytischen Signals Zc(t) mit dem
Momentanphasen-Abschätzer 12 abgeschätzt, und
eine lineare Phase wird aus der momentanen Phase θ(t) durch
den Linearphasen-Detektor 13 entfernt, um die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) zu erhalten.
Dann wird ein Leistungsspektrum der Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) durch
das Spektrumanalysierteil 37 erhalten. Die Bedingungen
für die
schnelle Fouriertransformation sind die gleichen wie die zur Gewinnung
der spektralen Ausgabe-Leistungsdichtefunktion des VCO verwendeten.
Wenn man 48(a) mit 48(b) vergleicht,
erkennt man im Leistungsspektrum von Δφ(t), daß das Spektrum der Oszillationsfrequenz
der VCO von 128 MHz um ca. 120 dB gedämpft ist. Die Leistungsdichtefunktion
von Δφ(t) hat
höhere Pegel
bei niedrigeren Frequenzen durch einen Einfluß von 1/f-Rauschen. 47 (a) shows an input waveform of the VCO. 47 (b) shows an oscillation waveform of the VCO. 48 (a) shows an output power spectrum of the VCO. The oscillation waveform of the VCO of 8092 points is multiplied by a "minimum 4-term window function" (see, for example, reference c18), and a spectral power density function is estimated by means of fast Fourier transform. 48 (b) shows the spectral power density function of the algorithm 4 estimated Δφ (t). As in 69 is shown, an analytical signal Z c (i) by the means for reshaping the analytical signal 11 generated using the algorithm 4. Then, an instantaneous phase θ (t) of this analytic signal Z c (t) with the instantaneous phase estimator 12 is estimated, and a linear phase becomes out of the current phase θ (t) by the linear phase detector 13 to obtain the phase noise waveform Δφ (t). Then, a power spectrum of the phase noise waveform Δφ (t) becomes the spectrum analyzing part 37 receive. The conditions for the fast Fourier transform are the same as those used to obtain the spectral output power density function of the VCO. If 48 (a) With 48 (b) If one compares, in the power spectrum of Δφ (t), the spectrum of the oscillation frequency of the VCO of 128 MHz is attenuated by approximately 120 dB. The power density function of Δφ (t) has higher levels at lower frequencies through the influence of 1 / f noise.
49 zeigt Diagramme für den Vergleich des herkömmlichen
Nulldurchgangsverfahrens mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. 49(a) zeigt
ein Ergebnis der Momentanperiodemessung einer Schwingungswellenform
des VCO, gemessen mit dem Nulldurchgangsverfahren. 49(b) zeigt
das mit dem Verfahren des Algorithmus 3 gemäß der vorliegenden Erfindung
abgeschätzte Δφ(t). Ein
Spektrum mit einem Frequenzbereich (10 MHz bis 200 MHz), in dem
die Harmonische 2. Ordnung nicht enthalten ist, wurde durch
ein Bandpaßfilter
extrahiert, und Δφ(t) wurde
durch schnelle inverse Fouriertransformation gewonnen. Aus der Tatsache,
daß die
momentane Periode und Δφ(t) kein
Rauschen anzeigen, läßt sich
zeigen, daß diese PLL-Schaltung
tatsächlich
keinen Jitter aufweist. 49 shows diagrams for comparing the conventional zero-crossing method with him inventive method. 49 (a) FIG. 12 shows a result of instantaneous period measurement of a vibration waveform of the VCO measured by the zero-crossing method. 49 (b) shows Δφ (t) estimated by the method of algorithm 3 according to the present invention. A spectrum with a frequency range (10 MHz to 200 MHz), in which the harmonic 2 , Order was not included, was extracted by a band-pass filter, and Δφ (t) was obtained by fast inverse Fourier transform. From the fact that the instantaneous period and Δφ (t) indicate no noise, it can be shown that this PLL circuit actually has no jitter.
In 47(a) ist zu sehen, daß ein Frequenzsteigerungspuls
dem VCO zu einem Zeitpunkt von ca. 1127 ns zugeführt wird. Zwei Frequenzsenkungspulse
werden dem VCO zu Zeitpunkten von ca. 908 ns bzw. 1314 ns zugeführt. Dies
basiert auf dem Leistungsvermögen
der bei der Simulation verwendeten PLL-Schaltung. Betrachtet man
das in 49(b) gezeigte Δφ(t), so
tritt eine Phasenänderung
durch den Einfluß des
Frequenzsteigerungspulses etwa zu einem Zeitpunkt 1140 ns auf. Phasenänderungen
aufgrund der Einflüsse
der zwei Frequenzsenkungspulse treten etwa zu Zeitpunkten 920 ns
bzw. 1325 ns auf. Dies sind deterministische Daten. Andererseits
tritt in der momentanen Periode von 49(a) eine
Phasenänderung
durch den Einfluß des
Frequenzsteigerungspulses zu einem Zeitpunkt von etwa 1130 ns auf.
Eine Phasenänderung
durch den Einfluß der
Frequenzsenkungspulse tritt nur zum Zeitpunkt ca. 910 ns auf. Ein
Einfluß des
Frequenzsenkungspulses bei ca. 1314 ns tritt in der Änderung
der momentanen Periode nicht auf.In 47 (a) It can be seen that a frequency increase pulse is applied to the VCO at a time of approximately 1127 ns. Two frequency sweep pulses are applied to the VCO at times of approximately 908 ns and 1314 ns, respectively. This is based on the performance of the PLL circuit used in the simulation. Looking at that in 49 (b) shown Δφ (t), so a phase change occurs by the influence of the frequency increase pulse at about 1140 ns time. Phase changes due to the effects of the two frequency sweep pulses occur at about 920 ns and 1325 ns, respectively. These are deterministic data. On the other hand, in the current period of 49 (a) a phase change due to the influence of the frequency increase pulse at a time of about 1130 ns. A phase change due to the influence of the frequency reduction pulses occurs only at about 910 ns. An influence of the frequency sweep pulse at about 1314 ns does not occur in the change of the current period.
Wenn
man die obigen Ergebnisse zusammenfaßt, kann man feststellen, daß bei dem
erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren
der Oszillationszustand sich entsprechend einem Frequenzsteigerungspuls
oder einem Frequenzsenkungspuls ändert,
wenn kein Phasenrauschen vorhanden ist. Das Δφ(t)-Verfahren hat im Verhältnis zum
herkömmlichen
Nulldurchgangsverfahren eine höhere
Auflösung.
Die spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) ist durch das Spektrum
der Oszillationsfrequenz des VCO wenig beeinflußt.If
summarizing the above results, it can be seen that in the
Δφ (t) method according to the invention
the oscillation state corresponding to a frequency increase pulse
or a frequency sweep pulse changes,
if there is no phase noise. The Δφ (t) method has in relation to
usual
Zero crossing procedure a higher one
Resolution.
The spectral power density function of Δφ (t) is through the spectrum
the oscillation frequency of the VCO little affected.
Als
nächstes
wird ein Fall erläutert,
bei dem das oben erwähnte
Verfahren zum Messen eines Jitters nach der vorliegenden Erfindung
(Δφ(t)-Verfahren)
auf eine jitterbehaftete PLL-Schaltung angewendet wird. Zusätzlich wird
das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit der momentanen
Periodeabschätzung
mit Hilfe des Nulldurchgangsverfahrens verglichen, um zu überprüfen, daß das erfindungsgemäße Verfahren
zum Messen eines Jitters für
eine Phasenrausch-Abschätzung
brauchbar ist.When
next
a case is explained
where the above mentioned
Method for measuring a jitter according to the present invention
(Δφ (t) method)
is applied to a jittery PLL circuit. In addition will
the method according to the present invention with the current
Periodic assessment
compared using the zero crossing procedure to verify that the inventive method
to measure a jitter for
a phase noise estimate
is usable.
Wie
bereits oben erwähnt,
kann ein Jitter durch Zuführen
eines additiven Rauschens zum VCO simuliert werden, um die Phase
der Oszillationswellenform des VCO zufällig zu modulieren. Bei der
vorliegenden Erfindung wurde der Jitter der PLL-Schaltung simuliert
durch Zuführen
eines additiven Rauschens zu einem Eingabeende der VCO-Oszillationsschaltung.
Ein Gauß'sches Rauschen wurde
mit Hilfe der Funktion randn0 von Matlab erzeugt. Ferner wurde basierend
auf SPICE-Simulation ein Gauß'sches Rauschen einem
Eingabeende des VCO der in 50 gezeigten
PLL-Schaltung zugeführt.As mentioned above, jitter can be simulated by applying additive noise to the VCO to randomly modulate the phase of the oscillation waveform of the VCO. In the present invention, the jitter of the PLL circuit was simulated by supplying an additive noise to an input end of the VCO oscillation circuit. A Gaussian noise was generated using the function randn0 of Matlab. Further, based on SPICE simulation, Gaussian noise was applied to an input end of the VCO of FIG 50 supplied PLL circuit shown.
51(a) zeigt eine Eingabewellenform des
VCO, wenn 3σ des
Gauß'schen Rauschens 0,05
V beträgt. 51(b) zeigt eine Oszillationswellenform
des VCO. Vergleicht man 47(a) mit 51(a), so sieht man, daß durch
den Jitter die Zahl der Frequenzsteigerungspulse von 1 auf 4 erhöht ist,
und daß die
Zahl der Frequenzsenkungspulse ebenfalls von 2 auf 3 erhöht ist. 51 (a) shows an input waveform of the VCO when 3σ of the Gaussian noise is 0.05V. 51 (b) shows an oscillation waveform of the VCO. If you compare 47 (a) With 51 (a) , it can be seen that the number of frequency increase pulses is increased from 1 to 4 by the jitter, and that the number of frequency lowering pulses is also increased from 2 to 3.
52(a) zeigt das Ausgabeleistungsspektrum
des VCO. Das Rauschspektrum ist erhöht. 52(b) zeigt
eine spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t). Vergleicht man 48(b) mit 52(b),
so erkennt man, daß die
Leistung von Δφ(t) erhöht ist.
Die spektrale Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) hat höhere Pegel bei tieferen Frequenzen. 52 (a) shows the output power spectrum of the VCO. The noise spectrum is increased. 52 (b) shows a spectral power density function of Δφ (t). If you compare 48 (b) With 52 (b) , it can be seen that the power of Δφ (t) is increased. The spectral power density function of Δφ (t) has higher levels at lower frequencies.
53(a) und 53(b) sind
Diagramme zum Vergleichen des herkömmlichen Nulldurchgangsverfahrens mit
dem Verfahren zum Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden Erfindung. 53 (a) and 53 (b) Fig. 15 are diagrams for comparing the conventional zero crossing method with the method for measuring a jitter according to the present invention.
53(a) zeigt ein Ergebnis der Momentanperiodemessung
einer Oszillationswellenform des VCO, gemessen mit dem Nulldurchgangsverfahren. 53(b) zeigt das mit dem Verfahren zum
Messen eines Jitters gemäß der vorliegenden
Erfindung abgeschätzte Δφ(t). Vergleicht
man 53 mit 49,
so erkennt man, daß die
entsprechende Änderung
der Wellenform sich signifikant unterscheidet. Das heißt, wenn
kein Jitter vorhanden ist, haben die momentane Periode und/oder Δφ(t) niedrige
Frequenzkomponenten. Wenn jedoch ein Jitter vorhanden ist, haben
momentane Periode und/oder Δφ(t) relativ
hohe Frequenzkomponenten. Dies bedeutet, daß die momentane Periode oder
das Δφ(t), wie
in 53 gezeigt, einem Phasenrauschen
entspricht. Wenn 53(a) sorgfältig mit 53(b) verglichen wird, erkennt man das
folgende: (i) Die momentane Periode und Δφ(t) sind einander etwas ähnlich.
Allerdings sind (ii) Zeitauflösung
und Phasen-(Perioden-)-auflösung
von Δφ(t) höher als
die der momentanen Periode. 53 (a) shows a result of the instantaneous period measurement of an oscillation waveform of the VCO measured by the zero-crossing method. 53 (b) shows Δφ (t) estimated by the method of measuring a jitter according to the present invention. If you compare 53 With 49 , it can be seen that the corresponding change in the waveform differs significantly. That is, if there is no jitter, the instantaneous period and / or Δφ (t) have low frequency components. However, if jitter exists, current period and / or Δφ (t) have relatively high frequency components. This means that the current period or the Δφ (t), as in 53 shown corresponds to a phase noise. If 53 (a) carefully with 53 (b) is compared, the following is recognized: (i) The current period and Δφ (t) are somewhat similar to each other. However, (ii) time resolution and phase (perio the -) resolution of Δφ (t) higher than that of the current period.
Faßt man die
obigen Ergebnisse zusammen, so kann das erfindungsgemäße Verfahren
zum Messen eines Jitters (das Δφ(t)-Verfahren)
ein Phasenrauschen mit einer hohen Zeitauflösung und einer hohen Phasenauflösung abschätzen. Natürlich kann
auch das Nulldurchgangsverfahren ein Phasenrauschen in Form einer
momentanen Periode abschätzen.
Ein Nachteil des Nulldurchgangsverfahrens ist jedoch, daß die Zeitauflösung und
die Periodenabschätzungsauflösung auf
Nulldurchgänge
begrenzt sind.Do you understand the
The above results together, so the inventive method
for measuring a jitter (the Δφ (t) method)
Estimate a phase noise with a high time resolution and a high phase resolution. Of course you can
also the zero crossing method phase noise in the form of a
estimate the current period.
A disadvantage of the zero-crossing method, however, is that the time resolution and
the period estimate resolution
Zero crossings
are limited.
Als
nächstes
wird das herkömmliche
Verfahren zum Abschätzen
eines Jitters mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen eines
Jitters (dem Δφ(t)-Verfahren)
verglichen. Was jedoch die Abschätzung eines
RMS-Jitters angeht, wird das Δφ(t)-Verfahren
mit dem Spektralverfahren verglichen, und mit Bezug auf die Abschätzung eines
Peak-to-Peak-Jitters wird das Δφ(t)-Verfahren mit dem
Nulldurchgangsverfahren verglichen.When
next
becomes the conventional one
Method of estimating
a jitter with the inventive method for measuring a
Jitters (the Δφ (t) method)
compared. But what about the estimation of a
RMS jitter, the Δφ (t) method
compared with the spectral method, and with respect to the estimation of a
Peak-to-peak jitters will be the Δφ (t) method with the
Zero crossing procedure compared.
54 zeigt Bedingungen zum Vergleichen der
abgeschätzten
Werte des RMS-Jitters. Die mit dem oben erwähnten Algorithmus 4 abgeschätzte spektrale
Leistungsdichtefunktion von Δφ(t) wird
als Spektrum nach dem herkömmlichen
Verfahren eingesetzt. Bei dem Spektralverfahren wird eine Summe
des Phasenrausch-Leistungsspektrums im Frequenzbereich (10 MHz bis
200 MHz) erhalten, in dem die Harmonische zweiter Ordnung nicht
enthalten ist, und ein RMS-Jitter JRMS wird
mit Hilfe der Gleichung (3.33) abgeschätzt. Der in 54(a) schwarz
ausgemalte Bereich ist das dem Frequenzbereich entsprechende Spektrum.
Beim Δφ(t)-Verfahren
hingegen wird ein RMS-Jitter JRMS anhand
des oben erwähnten
Algorithmus 3 und der Gleichung (3.38) abgeschätzt. Dies entspricht einem
Effektiv-Wert der Phasenrausch-Wellenform Δφ(t). Das 3σ eines Gauß'schen Rauschens wird einem Eingabeende
des VCO der in 50 gezeigten PLL-Schaltung durch Ändern von
dessen Wert von 0 auf 0,5 V zugeführt, um einen RMS-Jitterwert einer
Oszillationswellenform des VCO abzuschätzen. Wie in 55 gezeigt,
liefern das Δφ(t)-Verfahren und das
Spektralverfahren miteinander jeweils im wesentlichen kompatible
Schätzwerte. 54 shows conditions for comparing the estimated values of the RMS jitter. The spectral power density function of Δφ (t) estimated by the above-mentioned algorithm 4 is used as a spectrum according to the conventional method. In the spectral method, a sum of the phase noise power spectrum is obtained in the frequency range (10 MHz to 200 MHz) in which the second order harmonic is not included, and an RMS jitter J RMS is estimated by the equation (3.33). The in 54 (a) black painted area is the spectrum corresponding to the frequency range. On the other hand, in the Δφ (t) method, an RMS jitter J RMS is estimated from the above-mentioned algorithm 3 and equation (3.38). This corresponds to an effective value of the phase noise waveform Δφ (t). The 3σ of a Gaussian noise is applied to an input end of the VCO of FIG 50 is shown by changing its value from 0 to 0.5V to estimate an RMS jitter value of an oscillation waveform of the VCO. As in 55 1, the Δφ (t) method and the spectral method each provide substantially compatible estimates.
56 zeigt Diagramme zum Vergleichen von
Schätzwerten
des Peak-to-Peak-Jitters. Dreieckige Markierungen bezeichnen jeweils
Spitzenwerte. Die Positionen der dreieckigen Markierungen sind für das Δφ(t)-Verfahren
und das Spektralverfahren unterschiedlich. Dies bedeutet, daß ein Peak-to-Peak-Jitter
nicht notwendigerweise an den Nulldurchgängen erzeugt wird. Wie in 57 gezeigt,
liefern das Δφ(t)-Verfahren und
das Spektralverfahren jeweils miteinander kompatible Schätzwerte. 56 shows graphs for comparing estimates of peak-to-peak jitter. Triangular markers each denote peak values. The positions of the triangular marks are different for the Δφ (t) method and the spectral method. This means that a peak-to-peak jitter is not necessarily generated at the zero crossings. As in 57 1, the Δφ (t) method and the spectral method provide mutually compatible estimates.
Wenn
man die obigen Ergebnisse zusammenfaßt, so liefert das Δφ(t)-Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei der Abschätzung
eines RMS-Jitters Schätzwerte,
die mit denen des herkömmlichen
Spektralverfahrens kompatibel sind. Auch bei der Abschätzung eines
Peak-to-Peak-Jitters
liefert das Δφ(t)-Verfahren
Schätzwerte,
die mit denen des Nulldurchgangsverfahrens kompatibel sind.If
Summarizing the above results, the Δφ (t) method yields
according to the present
Invention in the estimation
an RMS jitter estimates,
those with the conventional ones
Spectral method are compatible. Also in the estimation of a
Peak-to-peak jitter
provides the Δφ (t) method
Estimates
which are compatible with those of the zero crossing procedure.
Als
nächstes
werden die Leistungen des herkömmlichen
Verfahrens zum Abschätzen
eines Jitters und die Leistung des erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahrens bei Verwendung
eines PLL-Taktes verglichen, der auf 1/4 der Frequenz heruntergetaktet
ist. Als PLL-Schaltung wird die in 50 gezeigte
PLL-Schaltung gebraucht. Der Frequenzteiler dieser Schaltung teilt
eine Oszillationswellenform des VCO auf 114 der Frequenz herunter,
um die Oszillationsfrequenz in einen PLL-Takt mit einer Frequenz
von 32 MHz umzuwandeln. 66(b) zeigt
die Wellenform des PLL-Taktes. Um mit den Ergebnissen der obigen
Beispiele zu vergleichen, wird das 3σ eines additiven Gauß'schen Rauschens auf
0,05 V festgelegt.Next, the performance of the conventional jitter estimation method and the performance of the Δφ (t) method of the present invention are compared using a PLL clock clocked down to 1/4 of the frequency. As a PLL circuit, the in 50 Used PLL circuit needed. The frequency divider of this circuit divides an oscillation waveform of the VCO down to 114 of the frequency to convert the oscillation frequency to a PLL clock having a frequency of 32 MHz. 66 (b) shows the waveform of the PLL clock. To compare with the results of the above examples, the 3σ of additive Gaussian noise is set to 0.05V.
Wenn
die Periode der Oszillationswellenform des VCO τVCO ist,
ist die Periode des frequenzgeviertelten PLL-Taktes τPLL gegeben
durch folgende Gleichung (3.48).When the period of the oscillation waveform of the VCO is τ VCO , the period of the frequency-quartered PLL clock τ PLL is given by the following equation (3.48).
In
diesem Fall stellt εi eine zeitliche Fluktuation einer steigenden
Flanke dar. Aus Gleichung (3.48) ist zu entnehmen, daß die Frequenzteilung
eine den Jitter des Taktes reduzierende Wirkung hat.In this case, ε i represents a time fluctuation of a rising edge. From equation (3.48), it can be seen that the frequency division has a jitter reducing effect.
58 zeigt Diagramme zum Vergleichen des
Nulldurchgangsvertahrens mit dem erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren. 58(a) zeigt
das Ergebnis einer Messung einer momentanen Perioden des PLL-Taktes
mit dem Nulldurchgangsverfahren. 58(b) zeigt Δφ(t), abgeschätzt mit
dem oben erwähnten
Algorithmus 3 des erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahrens.
Ein Spektrum im Frequenzbereich (20 MHz bis 59 MHz), in dem die
Harmonische zweiter Ordnung nicht enthalten ist, wird durch ein
Bandpaßfilter
extrahiert, und Δφ(t) wird
durch inverse schnelle Fouriertransformation erhalten. Man erkennt,
daß das Δφ(t) des
PLL-Taktes sich deutlich von dem in 53(b) gezeigten Δφ(t) unterscheidet,
das aus der Oszillationswellenform des VCO erhalten wird. Das Δφ(t) des
PLL-Taktes betont Phasenunstetigkeitspunkte. Die Phasenunstetigkeitspunkte
sind in gleichen Abständen
und entsprechend den regelmäßigen Frequenzteilungsflanken. 58 shows diagrams for comparing the zero-crossing process with the Δφ (t) method according to the invention. 58 (a) shows the result of a measurement of a current periods of the PLL clock with the zero-crossing method. 58 (b) shows Δφ (t) estimated with the algorithm mentioned above mus 3 of the Δφ (t) method according to the invention. A spectrum in the frequency range (20 MHz to 59 MHz) in which the second-order harmonic is not included is extracted by a band-pass filter, and Δφ (t) is obtained by inverse fast Fourier transformation. It can be seen that the Δφ (t) of the PLL clock is significantly different from that in 53 (b) differs Δφ (t) obtained from the oscillation waveform of the VCO. The Δφ (t) of the PLL clock emphasizes phase discontinuity points. The phase discontinuity points are at equal intervals and corresponding to the regular frequency dividing edges.
59 zeigt
ein Diagramm zum Vergleichen der Schätzwerte des RMS-Jitters. Beim
Spektralverfahren (i) wurde Δφ(t) aus
dem PLL-Takt mit dem Algorithmus 4 des erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahrens abgeschätzt; (ii)
wurden die 8092 Punkte von Δφ(t) mit
der „Minimum-4-Term-Fensterfunktion" multipliziert (siehe
z. B. Literaturhinweis c18), und die spektrale Leistungsdichtefunktion
wurde mit schneller Fouriertransformation abgeschätzt. Dann
wurde (iii) beim Spektralverfahren eine Summe des Phasenrausch-Leistungsspektrums
im Frequenzbereich (20 MHz bis 59 MHz), in dem die Harmonische zweiter
Ordnung nicht enthalten ist, erhalten, und ein RMS-Jitter JRMS wurde
mit Hilfe von Gleichung (3.33) abgeschätzt. Beim erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren hingegen
wurde ein RMS-Jitter JRMS unter Verwendung
von Algorithmus 3 und Gleichung (3.38) abgeschätzt. Wie in 59 gezeigt,
liefern das Δφ(t)-Verfahren
im wesentlichen miteinander kompatible Schätzwerte. In der Nähe eines
3σ eines
additiven Gauß'schen Rauschens von
0,05 V ist allerdings der mit dem Δφ(t)-Verfahren abgeschätzte RMS-Jitter
JRMS größer als
der RMS-Jitter des Spektralverfahrens. Der Grund hierfür wird zusammen
mit dem Prüfergebnis
des Peak-to-Peak-Jitter JPP erklärt. Wenn
man 59 mit 55 vergleicht,
erkennt man, daß die
Frequenzteilung auf 1/4 der Frequenz bei diesem speziellen Beispiel zu
einem JRMS von 1/3,7 führt. 59 shows a diagram for comparing the estimates of the RMS jitter. In the spectral method (i) Δφ (t) was estimated from the PLL clock with the algorithm 4 of the Δφ (t) method according to the invention; (ii) the 8092 points of Δφ (t) were multiplied by the "minimum 4-term window function" (see, e.g., reference c18), and the spectral power density function was estimated by fast Fourier transform Spectral method a sum of the phase noise power spectrum in the frequency range (20 MHz to 59 MHz), in which the second order harmonic is not included, and an RMS jitter J RMS was estimated by means of equation (3.33). t) method, on the other hand, an RMS jitter J RMS was estimated using Algorithm 3 and Equation (3.38) 59 As shown, the Δφ (t) method provides substantially compatible estimates. In the vicinity of a 3σ of an additive Gaussian noise of 0.05 V, however, the RMS jitter J RMS estimated using the Δφ (t) method is greater than the RMS jitter of the spectral method. The reason for this is explained together with the test result of the peak-to-peak jitter J PP . If 59 With 55 Comparing, it can be seen that the frequency division to 1/4 of the frequency in this particular example leads to a J RMS of 1 / 3.7.
60 zeigt
ein Diagramm zum Vergleich der Schätzwerte des Peak-to-Peak-Jitters.
Das Δφ(t)-Verfahren und das
Nulldurchgangsverfahren liefern im wesentlichen miteinander kompatible
Schätzwerte.
Inder Nähe
eines 3σ eines
additiven Gauß'schen Rauschens von
0,05 jedoch ist der nach dem Δφ(t)-Verfahren
abgeschätzte
Peak-to-Peak-Jitter JPP größer als
der im Nulldurchgangsverfahren abgeschätzte. Der Grund hierfür wird als
nächstes
erläutert. 60 shows a diagram for comparing the estimates of the peak-to-peak jitter. The Δφ (t) method and the zero-crossing method provide substantially compatible estimates. However, in the vicinity of a 3σ of Gaussian additive noise of 0.05, the peak-to-peak jitter J PP estimated by the Δφ (t) method is larger than that estimated in the zero-crossing method. The reason for this will be explained next.
61(a) zeigt ein Phasenrausch-Leistungsspektrum
für 3σ = 0,05 V
(im wesentlicher gleicher Schätzwert
wie beim Nulldurchgangsverfahren). Ein Cursor in der Figur bezeichnet
eine obere Grenzfrequenz bei der Abschätzung von Δφ(t). Ein schwaches Phasenmodulationsspektrum
ist in der Nähe
des Cursors zu erkennen. 62 zeigt
ein analytisches Signal Zc(t) für diesen
Fall. Man erkennt, daß das
analytische Signal Zc(t) durch das schwache
Phasenmodulationsspektrum zu einer komplexen Sinuswelle geworden
ist. Aus diesem Grund ändert
sich die momentane Phase gleichmäßig. 61 (a) shows a phase noise power spectrum for 3σ = 0.05V (essentially the same as the zero crossing procedure). A cursor in the figure denotes an upper limit frequency in the estimation of Δφ (t). A weak phase modulation spectrum can be seen near the cursor. 62 shows an analytic signal Z c (t) for this case. It can be seen that the analytical signal Z c (t) has become a complex sine wave due to the weak phase modulation spectrum. For this reason, the current phase changes evenly.
61(b) zeigt ein Phasenrausch-Leistungsspektrum
wenn 3σ =
0,10 V ist (größerer Schätzwert als beim
Nulldurchgangsverfahren). Dieses Phasenrausch-Leistungsspektrum
zeigt eine für
1/f-Rauschen typische Gestalt. Die Grundfrequenz dieses 1/f-Rauschens
ist nicht die PLL-Taktfrequenz
32 MHz. Allerdings ist das Zc(t) des 1/f-Rauschens
durch das Hilbert-Paar einer von dem oben erwähnten Beispiel abgeleiteten Rechteckwelle
gegeben. Deshalb nimmt das in 63 gezeigte
Zc(t) die gleiche Gestalt an wie das in 22 gezeigt
Hilbert-Paar. Da Zc(t) eine komplexe Gestalt
hat, ändert
sich die momentane Phase stark. Deshalb nehmen JPP und
JRMS bei Abschätzung nach dem Δφ(t)-Verfahren
große
Werte an, wenn 3σ eines
additiven Gauß'schen Rauschens nahe
bei 0,05 V ist. 61 (b) shows a phase noise power spectrum when 3σ = 0.10 V (larger estimate than in the zero-crossing method). This phase noise power spectrum exhibits a typical shape for 1 / f noise. The fundamental frequency of this 1 / f noise is not the PLL clock frequency 32 MHz. However, the Z c (t) of the 1 / f noise is given by the Hilbert pair of a square wave derived from the above-mentioned example. That's why this takes in 63 Z c (t) has the same shape as that in FIG 22 shown Hilbert couple. Since Z c (t) has a complex shape, the instantaneous phase changes greatly. Therefore, J PP and J RMS, when estimated by the Δφ (t) method, assume large values when 3σ of additive Gaussian noise is close to 0.05V.
Vergleicht
man 60 mit 57, so
erkennt man, daß die
Frequenzteilung auf 1/4 bei diesem spezifischen Beispiel zu einem
JPP von 1/3,2 führt.If you compare 60 With 57 , it can be seen that the frequency division to 1/4 in this specific example leads to a J PP of 1 / 3.2.
Faßt man die
obigen Ergebnisse zusammen, so ist überprüft worden, daß mit dem Δφ(t)-Verfahren auch
ein RMS-Jitter und ein Peak-to-Peak-Jitter eines frequenzgeteilten
Taktes abgeschätzt
werden kann. Der Schätzwert
ist mit dem herkömmlichen
Meßverfahren
kompatibel. Wenn das Phasenrausch-Leistungsspektrum die Gestalt
von 1/f-Rauschen annimmt, liefert das Δφ(t)-Verfahren einen größeren Wert als das herkömmliche
Meßverfahren.Do you understand the
the above results, it has been verified that with the Δφ (t) method as well
an RMS jitter and a peak-to-peak jitter of a frequency-divided
Estimated tact
can be. The estimate
is with the conventional one
measurement methods
compatible. When the phase noise power spectrum is the shape
of 1 / f noise, the Δφ (t) method provides a larger value than the conventional one
Measurement methods.
Wie
aus der obigen Diskussion deutlich wird, ist die Wirksamkeit des
erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Messen eines Jitters (des Δφ(t)-Verfahrens)
durch eine Simulation überprüft worden.
Zusätzlich
wurde überprüft, daß der Nulldurchgang
der ursprünglichen
Wellenform aus dem Nulldurchgang der Grundwelle abgeschätzt werden
kann. Dies hat eine wichtige Grundlage dafür geschaffen, daß mit dem Δφ(t)-Verfahren
ein mit dem Nulldurchgangsverfahren kompatibler Peak-to-Peak-Jitter
abgeschätzt
werden kann. Wenn nämlich Δφ(t) unter
Verwendung des Spektrums eines ganzen Frequenzbereichs statt nur
der Grundwelle abgeschätzt wird,
wird eine in 56(b) gezeigte Wellenform
erhalten. Das heißt,
eine Welligkeit bei höheren
Frequenzen ist der Wellenform überlagert.
Ferner kann, wie in 57 gezeigt, die Kompatibilität mit dem
Nulldurchgangsverfahren nicht realisiert werden. Außerdem ist überprüft worden,
daß wenn
das Δφ(t)-Verfahren
auf eine jitterbehaftete PLL-Schaltung angewendet wird, das Δφ(t)-Verfahren
für die
Abschätzung
des Phasenrauschens wirksam ist. Zusätzlich wurde deutlich, daß das herkömmliche
Verfahren zum Messen eines Jitters mit dem Δφ(t)-Verfahren bezüglich eines
Peak-to-Peak-Jitters
und eines RMS-Jitters kompatibel ist. Außerdem wurde überprüft, daß ein Jitter
eines frequenzgeteilten Taktes auch kompatibel abgeschätzt werden
kann.As is apparent from the above discussion, the effectiveness of the method of measuring a jitter according to the invention (the Δφ (t) method) has been verified by a simulation. In addition, it has been verified that the zero crossing of the original waveform can be estimated from the zero crossing of the fundamental. This has created an important basis for estimating a zero-crossing compatible peak-to-peak jitter with the Δφ (t) method. Namely, when Δφ (t) is estimated by using the spectrum of a whole frequency range instead of only the fundamental wave, an in 56 (b) obtained waveform. That is, a ripple at higher frequencies is superimposed on the waveform. Furthermore, as in 57 shown, the compatibility with the zero-crossing method can not be realized. In addition, it has been verified that when the Δφ (t) method is applied to a jittery PLL circuit, the Δφ (t) method is effective for phase noise estimation. In addition, it has become clear that the conventional method of measuring a jitter is compatible with the Δφ (t) method in terms of peak-to-peak jitter and RMS jitter. In addition, it has been verified that a jitter of a frequency-divided clock can also be estimated compatible.
Außerdem werden
mit der vorliegenden Erfindung eine skalierbare Vorrichtung und
ein skalierbares Verfahren zum Messen eines Jitters vorgeschlagen.
Zum Beispiel wird, wie durch eine gestrichelte Linie in 32 gezeigt,
eine Frequenz einer Taktwellenform Xc(i)
aus der in Prüfung
befindlichen PLL-Schaltung 17 oder dergleichen durch den
variablen Frequenzteiler 41 auf 1/N (N ist eine ganze Zahl)
der Frequenz heruntergeteilt, d. h. die Taktperiode wird ver-N-facht.
Wenn als Frequenzteiler 41 z. B. ein in 70A gezeigtes T-(toggle)-Flipflop verwendet wird,
das durch eine steigende Flanke getriggert wird, wird ein Eingabetakt
T, wie in 70B gezeigt, als ein Takt Q
mit zweifacher Zeitperiode ausgegeben. Indem die Periode der Taktwellenform
Xc(t) ver-N-facht wird (N ist eine ganze Zahl
gleich oder größer als
2), kann auf diese Weise ein Analog-Digital-Wandler ADC benutzt werden,
der bei einer relativ niedrigen Arbeitsfrequenz (Abtastfrequenz)
arbeitet. Das heißt,
auch wenn die Frequenz der Taktwellenform Xc(t)
hoch ist, kann ihr Jitter durch Verringern der Frequenz der Taktwellenform
Xc(t) auf 1/N gemessen werden, so daß der Analog-Digital-Wandler
ADC benutzbar ist.In addition, the present invention proposes a scalable device and a scalable method for measuring a jitter. For example, as indicated by a dashed line in 32 shown a frequency of a clock waveform X c (i) from the PLL circuit under test 17 or the like through the variable frequency divider 41 to 1 / N (N is an integer) of the frequency is divided down, that is, the clock period is ver-N times. When as a frequency divider 41 z. B. in 70A T-toggle flip-flop, which is triggered by a rising edge, becomes an input clock T, as in FIG 70B shown as a clock Q with twice the time period output. By multiplying the period of the clock waveform X c (t) by N (N is an integer equal to or greater than 2), an analog-to-digital converter ADC operating at a relatively low operating frequency (FIG. Sampling frequency). That is, even if the frequency of the clock waveform X c (t) is high, its jitter can be measured by decreasing the frequency of the clock waveform X c (t) to 1 / N, so that the analog-to-digital converter ADC is usable.
Wenn
als Peak-to-Peak-Jitter und RMS-Jitter der Taktwellenform Xc(t) jeweils JPP1 bzw.
JRMS1 angenommen werden und diese Jitter
der Taktwellenform Xc(t) gemessen werden,
deren Frequenz auf 1/N der Frequenz der Taktwellenform Xc(t) heruntergeteilt ist, sind diese Jitter
gegeben durch die Gleichungen (4.1) JPPN = JPP1/N, JRMSN = JRMS1/N (4.1) When the peak-to-peak jitter and the RMS jitter of the clock waveform X c (t) are taken as J PP1 and J RMS1 , respectively, and these jitter of the clock waveform X c (t) are measured, their frequency is 1 / N of the frequency the clock waveform X c (t) is divided down, these jitter are given by the equations (4.1) J PPN = J PP1 / N, JR MSN = J RMS 1 / N (4.1)
Dies
wird überprüft durch
ein in 71 gezeigtes Meßsystem.
Ein Taktsignal wird von einem Haupttaktgenerator 43 in
einer automatischen Prüfeinrichtung
ATE 42 erzeugt. Dieses Taktsignal wird durch einen externen
Sinuswellenjitter in einem Jittergenerator 44 phasenmoduliert,
so daß ein
Jitter zum Taktsignal hinzugefügt
wird. Der Takt, zu dem ein Jitter hinzugefügt worden ist, wird auf 1/M
durch einen variablen Frequenzteiler 50 heruntergeteilt.
Die frequenzgeteilte Ausgabe wird einem Digitaloszilloskop 45 als
ein Prüfsignal
zugeführt.
Ein Taktsignal vom Haupttaktgenerator 43 wird durch den
Frequenzteiler 50 auf 1/M frequenzgeteilt und dem Digitaloszilloskop 45 als
Triggersignal zugeführt.
Ein Peak-to-Peak-Jitter JPP und ein RMS-Jitter JRMS werden mit dem Digitaloszilloskop 45 gemessen,
und die Meßergebnisse
sind in 72 bzw. 73 gezeigt.
In 72 und 73 bezeichnet
eine seitliche Achse die Zahl von Frequenzteilungen N, und eine
Längsachse bezeichnet
Werte des Jitters. Ein Symbol Δ bezeichnet
einen Meßwert,
und eine gestrichelte Linie bezeichnet eine 1/N-Kurve. Für jeden
Peak-to-Peak-Jitter und RMS-Jitter sind die diversen Werten von
N entsprechenden Jitter-Werte im wesentlichen gleich den Werten
der 1/N-Kurve, wodurch gezeigt ist, daß die Gleichungen 4.1 erfüllt sind.This is checked by an in 71 shown measuring system. A clock signal is from a main clock generator 43 in an automatic test device ATE 42 generated. This clock signal is generated by an external sine wave jitter in a jitter generator 44 phase modulated so that a jitter is added to the clock signal. The clock to which a jitter has been added becomes 1 / M by a variable frequency divider 50 divided down. The frequency-divided output becomes a digital oscilloscope 45 supplied as a test signal. A clock signal from the main clock generator 43 is through the frequency divider 50 frequency divided to 1 / M and the digital oscilloscope 45 supplied as a trigger signal. A peak-to-peak jitter J PP and an RMS jitter J RMS are performed with the digital oscilloscope 45 measured, and the measurement results are in 72 respectively. 73 shown. In 72 and 73 a lateral axis denotes the number of frequency divisions N, and a longitudinal axis denotes values of jitter. A symbol Δ denotes a measured value, and a broken line indicates a 1 / N curve. For each peak-to-peak jitter and RMS jitter, the various values of N corresponding jitter values are substantially equal to the values of the 1 / N curve, showing that the equations 4.1 are fulfilled.
Wie
in 74 gezeigt, wird zum Taktsignal vom Haupttaktgenerator 43 im
Jittergenerator 44 ein Jitter durch eine Sinuswelle fsin oder ein bandbreitenbegrenztes Zufallsrauschen
bwrand hinzugefügt. Das Taktsignal mit hinzugefügtem Jitter
wird durch den variablen Frequenzteiler 41 frequenzgeteilt.
Dann wird eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) durch einen Δφ-Bewerter 46 mit
Bezug auf das frequenzgeteilte Taktsignal erzeugt, und der Peak-to-Peak-Jitter
und der RMS-Jitter werden bewertet. Der Δφ-Bewerter 46 umfaßt z. B.
den Analog-Digital-Wandler ADC, das Mittel 11 zur Umformung
des analytischen Signals, den Momentanphasen-Abschätzer 12,
den Linearphasen-Entferner 13, den Peak-to-Peak-Detektor 14 und
den RMS-Detektor 15, wie in 32 gezeigt.
Die Peak-to-Peak-Jitterwerte und die RMS-Jitterwerte, die in diesem
Fall für
unterschiedliche Zahlen von Frequenzteilungen N erhalten werden,
sind in 75 bzw. 76 gezeigt.
In diesen Figuren bezeichnet ein Symbol O einen mit vom Δφ-Bewerter 46 erhaltenen
Wert, und ein Symbol Δ bezeichnet
einen nach dem Nulldurchgangsverfahren erhaltenen Wert. Eine gestrichelte
Linie in 75 bezeichnet eine 1/N-Kurve.
Aus diesen 75 und 76 ist
erkennbar, daß ein
Jitter durch Kombinieren des Frequenzteilers 41 und des Δφ(t)-Verfahrens
genau gemessen werden kann.As in 74 shown becomes the clock signal from the main clock generator 43 in the jitter generator 44 a jitter is added by a sine wave f sin or a bandwidth limited random noise bw edge . The jitter-added clock signal is passed through the variable frequency divider 41 frequency divided. Then, a phase noise waveform Δφ (t) is evaluated by a Δφ evaluator 46 with respect to the frequency-divided clock signal, and the peak-to-peak jitter and the RMS jitter are evaluated. The Δφ-evaluator 46 includes z. As the analog-to-digital converter ADC, the means 11 for transforming the analytic signal, the instantaneous phase estimator 12 , the linear phase remover 13 , the peak-to-peak detector 14 and the RMS detector 15 , as in 32 shown. The peak-to-peak jitter values and the RMS jitter values obtained in this case for different numbers of frequency divisions N are in 75 respectively. 76 shown. In these figures, a symbol O denotes one with the Δφ evaluator 46 and a symbol Δ denotes a value obtained by the zero-crossing method. A dashed line in 75 denotes a 1 / N curve. From these 75 and 76 It can be seen that a jitter by combining the frequency divider 41 and the Δφ (t) method can be accurately measured.
In 32 wird
ein Taktsignal Xc(t) von der in Prüfung befindlichen
PLL-Schaltung 17 durch den Frequenzteiler 41 auf
1/N-Frequenz heruntergeteilt. Dieses frequenzgeteilte Taktsignal
wird in ein Digitalsignal umgewandelt, und dieses Digitalsignal
wird weiter durch den Hilbert-Paar-Generator 11 in ein
komplexes analytisches Signal umgewandelt, um eine momentane Phase
des analytischen Signals zu erhalten. Eine lineare Komponente wird
aus der momentanen Phase entfernt, um eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) zu erhalten. Dann
kann ein Peak-to-Peak-Jitter des Taktsignals Xc(t)
durch Erfassen eines Peak-to-Peak-Wertes von Δφ(t) und dann durch Multiplizieren,
mit Hilfe des Multiplizierers 47, des Peak-to-Peak-Wertes
von Δφ(t) mit
N erhalten werden. Außerdem
kann ein RMS-Jitter des Taktsignals Xc(t)
durch Berechnen eines RMS-Wertes von Δφ(t) und Multiplizieren des
RMS-Wertes von Δφ(t) mit
N durch den Multiplizierer 48 erhalten werden.In 32 becomes a clock signal X c (t) from the PLL circuit under test 17 through the frequency divider 41 divided down to 1 / N frequency. This frequency divided clock signal is converted to a digital signal, and this digital signal is passed through the Hilbert pair generator 11 converted into a complex analytic signal to obtain a momentary phase of the analytic signal. A linear component is removed from the current phase to obtain a phase noise waveform Δφ (t). Then, a peak-to-peak jitter of the clock signal X c (t) can be detected by detecting a peak-to-peak value of Δφ (t). and then by multiplying, using the multiplier 47 , the peak-to-peak value of Δφ (t) can be obtained with N. In addition, an RMS jitter of the clock signal X c (t) can be calculated by calculating an RMS value of Δφ (t) and multiplying the RMS value of Δφ (t) by N by the multiplier 48 to be obtained.
In
diesem Fall kann eine skalierbare Messung durchgeführt werden
durch Auswählen
der Zahl von Frequenzteilungen N des Frequenzteilers 41 entsprechend
der Frequenz des Taktsignals X (t), so daß der Analog-Digital-Wandler
ADC betreibbar ist.In this case, a scalable measurement can be performed by selecting the number of frequency divisions N of the frequency divider 41 corresponding to the frequency of the clock signal X (t), so that the analog-to-digital converter ADC is operable.
Außerdem wird
in der in 40a dargestellten Ausgestaltung
ein Taktsignal von der in Prüfung
befindlichen PLL-Schaltung 17, wie durch eine gestrichelte
Linie dargestellt, durch den Frequenzteiler 41 auf 1/N-Frequenz
heruntergeteilt. Das analytische Signal kann erhalten werden durch
Multiplizieren der frequenzgeteilten Ausgabe mit einem Sinuswellensignal
im Mischer und durch Multiplizieren der frequenzgeteilten Ausgabe
mit einem Cosinuswellensignal im Mischer. Ähnlich wird bei der in 40b gezeigten Ausgestaltung ein Taktsignal von
der in Prüfung
befindlichen PLL-Schaltung 17 durch den Frequenzteiler 41 auf
1/N-Frequenz heruntergeteilt. Das analytische Signal kann auch erhalten
werden durch Multiplizieren der frequenzgeteilten Ausgabe mit einem
Cosinuswellensignal im Mischer und Zuführen der Mischerausgabe zum
Tiefpaßfilter.In addition, in the in 40a illustrated embodiment, a clock signal from the PLL circuit under test 17 as shown by a dashed line through the frequency divider 41 divided down to 1 / N frequency. The analytical signal can be obtained by multiplying the frequency-divided output by a sine wave signal in the mixer and multiplying the frequency-divided output by a cosine wave signal in the mixer. Similarly, in the case of 40b As shown embodiment, a clock signal from the PLL circuit under test 17 through the frequency divider 41 divided down to 1 / N frequency. The analytical signal can also be obtained by multiplying the frequency-divided output by a cosine wave signal in the mixer and supplying the mixer output to the low-pass filter.
Als
nächstes
wird in der vorliegenden Erfindung eine Ausgestaltung erläutert, bei
der der AD-Wandler durch
einen Komparator ersetzt ist. Wie z. B. mit gestrichelten Linien
in 32 und 68 dargestellt,
wird anstelle des Analog-Digital-Wandlers ADC ein Komparator 51 benutzt.
Impulse mit einer konstanten Periode werden an den Komparator 51 angelegt,
und eine eingegebene Taktwellenform Xc(t)
wird z. B. an einer steigenden Flanke des Pulses mit einer analogen
Referenzgröße VR verglichen. Wenn der Pegel der Taktwellenform
Xc(t) z. B. größer als der der analogen Referenzgröße VR ist, wird ein vorgegebener hoher Pegel
ausgegeben, und wenn der Pegel der Taktwellenform Xc(t)
kleiner als der der analogen Referenzgröße VR ist,
wird ein vorgegebener niedriger Pegel ausgegeben.Next, in the present invention, a configuration in which the AD converter is replaced by a comparator will be explained. Such as B. with dashed lines in 32 and 68 is shown, instead of the analog-to-digital converter ADC, a comparator 51 used. Pulses with a constant period are sent to the comparator 51 applied, and an input clock waveform X c (t) is z. B. compared to a rising edge of the pulse with an analog reference variable V R. When the level of the clock waveform X c (t) z. B. is greater than that of the analog reference variable V R , a predetermined high level is output, and when the level of the clock waveform X c (t) is smaller than that of the analog reference variable V R , a predetermined low level is output.
Ferner
gibt es den Fall, daß eine
eingegebene Taktwellenform Xc(t) verzerrt
ist und die Amplitude einer harmonischen Komponenten der Taktwellenform
Xc(t) größer als
die einer Grundwellenkomponente ist. Unter einem solchen Gesichtspunkt
ist es besser, daß ein
Tiefpaßfilter
(oder ein Bandpaßfilter)
zum Extrahieren einer Grundwellenkomponente der Taktwellenform Xc(i) an der Eingabeseite des Komparators 51 vorgesehen
ist. Ein Ausgabesignal des Komparators 51 wird in das Mittel 11 zur
Umformung des analytischen Signals eingegeben und wird ähnlich dem
Ausgabesignal des Analog-Digital-Wandlers ADC verarbeitet, um einen
Jitter der eingegebenen Taktwellenform Xc(t)
zu erhalten.Further, there is the case that an input clock waveform X c (t) is distorted and the amplitude of a harmonic component of the clock waveform X c (t) is larger than that of a fundamental component. From such a viewpoint, it is better that a low-pass filter (or a band-pass filter) is used for extracting a fundamental component of the clock waveform X c (i) at the input side of the comparator 51 is provided. An output signal from the comparator 51 will be in the middle 11 is input to transform the analytic signal, and is processed similarly to the output signal of the ADC ADC to obtain a jitter of the input clock waveform X c (t).
Jitter
einer Ausgabe des VCO (spannungsgesteuerter Oszillator), die einer
Sinuswelle ähnlich
ist, werden in dem Fall erhalten, daß der Analog-Digital-Wandler
ADC in der in 32 gezeigten Meßvorrichtung
benutzt wird, sowie in dem Fall, daß der Komparator der in 32 gezeigten
Meßvorrichtung
benutzt wird. Das Meßergebnis
des Peak-to-Peak-Jitters ist in 77 gezeigt,
und das Meßergebnis
des RMS-Jitters ist in 78 gezeigt.
In diesen Figuren zeigt ein schwarzer Kreis den Fall des Analog-Digital-Wandlers
ADC an, ein weißer
Kreis zeigt den Fall des Komparators 51 und eine seitliche
Achse bezeichbet die Bitanzahl des Analog-Digital-Wandlers ADC.Jitter of an output of the VCO (voltage controlled oscillator), which is similar to a sine wave, is obtained in the case where the analog-to-digital converter ADC in the in 32 shown measuring device used, as well as in the case that the comparator of in 32 shown measuring device is used. The measurement result of the peak-to-peak jitter is in 77 is shown, and the measurement result of the RMS jitter is in 78 shown. In these figures, a black circle indicates the case of the analog-to-digital converter ADC, a white circle shows the case of the comparator 51 and a lateral axis denotes the bit number of the analog-to-digital converter ADC.
In 77, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt
wurde, betrug ein Peak-to-Peak-Jitter im Fall des Zwei-Bit-ADC 0,9454,
und ein Peak-to-Peak-Jitter im Falle eines Acht-Bit-ADC betrug 0,9459.
Im Fall des Komparators 51 betrug ein Peak-to-Peak-Jitter
0,9532. Selbst wenn der Komparator 51 verwendet wird, stimmt
das Meßergebnis
mit einer Genauigkeit von zwei Stellen mit dem des Falles überein,
wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird. Als Ergebnis versteht
sich, daß die
Jittermessung mit diesem Genauigkeitsniveau auch unter Verwendung
des Komparators 51 möglich
ist. Wie man anhand von 78 versteht,
kann auch wenn der Komparator 51 benutzt wird, ein RMS-Jitter
erhalten werden, der mit einer Genauigkeit von zwei Stellen mit
dem des Falles übereinstimmt,
wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird.In 77 In the case of the two-bit ADC, where the analog-to-digital converter ADC was used, peak-to-peak jitter was 0.9454, and peak-to-peak jitter was for an eight-bit ADC was 0.9459. In the case of the comparator 51 For example, a peak-to-peak jitter was 0.9532. Even if the comparator 51 is used, the measurement result agrees with an accuracy of two digits with that of the case where the analog-to-digital converter ADC is used. As a result, it is understood that the jitter measurement with this level of accuracy is also made using the comparator 51 is possible. How to get by 78 understands, even if the comparator 51 is used, an RMS jitter is obtained, which coincides with an accuracy of two digits with that of the case where the analog-to-digital converter ADC is used.
79 und 80 zeigen
jeweils ein Meßergebnis
eines Peak-to-Peak-Jitters und ein Meßergebnis eines ähnlich gemessenen
RMS-Jitters, wenn das Ausgabesignal der PLL-Schaltung 17,
das einer Rechteckwellenform nahe ist, als analoge Taktwellenform
Xc(t) benutzt wird und dieses Signal vom
Frequenzteiler 41 heruntergeteilt wird. Ein Peak-to-Peak-Jitter
beträgt
0,3429 in dem Fall, wo der Komparator 51 verwendet wird. Ein
Peak-to-Peak-Jitter in dem Fall, wo der Analog-Digital-Wandler ADC verwendet wird und
der ADC eine Zwei-Bit-Ausgabe hat, beträgt 0,342. Wenn der Analog-Digital-Wandler
ADC benutzt wird und der ADC eine Acht-Bit-Ausgabe hat, beträgt der Peak-to-Peak-Jitter
0,3474. Daraus kann man folgern, daß auch wenn der Komparator 51 benutzt
wird, ein Peak-to-Peak-Jitter mit der Genauigkeit von zwei Stellen
gemessen werden kann. In ähnlicher
Weise beträgt
ein RMS-Jitter 0,0500 in dem Fall, wo der Komparator 51 benutzt
wird. Der RMS-Jitter beträgt
0,0505 in dem Fall, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird
und der ADC eine Zwei-Bit-Ausgabe hat. Des weiteren beträgt der RMS-Jitter
0,0510 in dem Fall, wo der Analog-Digital-Wandler ADC benutzt wird
und der ADC eine Acht-Bit-Ausgabe
hat. Daran ist zu sehen, daß selbst
wenn der Komparator 51 benutzt wird, ein RMS-Jitter mit einer
Genauigkeit von zwei Stellen gemessen werden kann. 79 and 80 each show a measurement result of a peak-to-peak jitter and a measurement result of a similarly measured RMS jitter when the output signal of the PLL circuit 17 which is close to a square waveform, is used as an analog clock waveform X c (t) and this signal from the frequency divider 41 is divided down. A peak-to-peak jitter is 0.3429 in the case where the comparator 51 is used. A peak-to-peak jitter in the case where the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has a two-bit output is 0.342. When the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has an eight-bit output, the peak-to-peak jitter is 0.3474. From this one can conclude that even if the comparator 51 is used, a peak-to-peak jitter can be measured with the accuracy of two digits. Similarly, an RMS jitter is .500 in the case where the comparator 51 is used. Of the RMS jitter is 0.0505 in the case where the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has a two-bit output. Further, the RMS jitter is 0.0510 in the case where the analog-to-digital converter ADC is used and the ADC has an eight-bit output. It can be seen that even if the comparator 51 is used, an RMS jitter can be measured with an accuracy of two digits.
Wenn
der Komparator 51 benutzt wird, kann eine analoge Taktwellenform
Xc(t) auch durch den Frequenzteiler 41 heruntergeteilt
werden, um dem Komparator 51 zugeführt zu werden. Wie durch gestrichelte Linien
in 40(a) dargestellt, kann ein Komparator 51c nach
dem Multiplizieren einer Taktwellenform Xc(t) mit
einer Cosinuswelle im Mischer und anschließendem Durchführen durch
ein Tiefpaßfilter
anstelle des Wandlers ADC benutzt werden, um die Tiefpaßfilterausgabe
dieses Signals in ein digitales Signal umzuwandeln, und ein Komparator 51s kann
nach dem Multiplizieren einer Taktwellenform Xc(i)
mit einer Sinuswelle im Mischer und Durchführen durch ein Tiefpaßfilter
anstelle des Wandlers ADC benutzt werden, um die Tiefpaßfilterausgabe
dieses Signals in ein digitales Signal umzuwandeln. Dieser Verarbeitungsfall
kann auf beide Fälle angewendet
werden, sowohl wo der Frequenzteiler 41 benutzt wird als
auch wo der Frequenzteiler nicht benutzt wird. Wie in 40(b) mit gestrichelten Linien dargestellt
ist, kann ein Komparator 51 anstelle des Wandlers ADC zum
Umwandeln einer frequenzkonvertierten Ausgabe einer Taktwellenform
Xc(t), die durch einen Mischer und ein Tiefpaßfilter
in ein Niederfrequenz-Bandsignal umgewandelt wird, in ein digitales
Signal benutzt werden. Dieser Verarbeitungsfall kann auf beide Fälle angewendet
werden, sowohl wo der Frequenzteiler 41 benutzt wird, als
auch wo der Frequenzteiler 41 nicht benutzt wird. Um ein
Eingabesignal der in 67 und 69 gezeigten
Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals zu erzeugen,
kann, wie durch gestrichelte Linien in diesen Figuren dargestellt,
ein Komparator 51 anstelle des Analog-Digital-Wandlers
ADC benutzt werden, um eine Ausgabe des Komparators 51 an
die Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals zu
liefern. In diesen Fällen
kann die Taktwellenform Xc(t) auch durch
den Frequenzteiler 41 für
die Zuführung
zum Komparator 51 frequenzgeteilt werden.If the comparator 51 is used, an analog clock waveform X c (t) can also be used by the frequency divider 41 be divided down to the comparator 51 to be fed. As indicated by dashed lines in 40 (a) shown, can be a comparator 51c after multiplying a clock waveform X c (t) by a cosine wave in the mixer and then passing it through a low-pass filter instead of the converter ADC to convert the low-pass filter output of that signal to a digital signal, and a comparator 51s may be used after multiplying a clock waveform X c (i) by a sine wave in the mixer and passing it through a low pass filter instead of the converter ADC to convert the low pass filter output of that signal into a digital signal. This processing case can be applied to both cases, both where the frequency divider 41 is used as well as where the frequency divider is not used. As in 40 (b) shown with dashed lines, can be a comparator 51 instead of the converter ADC for converting a frequency-converted output of a clock waveform X c (t), which is converted by a mixer and a low-pass filter into a low-frequency band signal, into a digital signal. This processing case can be applied to both cases, both where the frequency divider 41 is used, as well as where the frequency divider 41 not used. To get an input signal of in 67 and 69 shown means 11 For generating the analytic signal, as shown by dashed lines in these figures, a comparator 51 instead of the analog-to-digital converter ADC, an output of the comparator 51 to the means 11 to provide for the transformation of the analytical signal. In these cases, the clock waveform X c (t) can also by the frequency divider 41 for the supply to the comparator 51 be frequency divided.
Wie
oben beschrieben, umfaßt
das Verfahren zum Messen eines Jitters eines Taktes gemäß der vorliegenden
Erfindung folgende Signalverarbeitungsschritte: Umformen einer Taktwellenform
Xc(t) in ein komplexes analytisches Signal
unter Verwendung der analytischen Umformungsmittel 11 und
Abschätzen
eines variablen Terms Δφ(t) einer
momentanen Phase. Dieses Verfahren hat folgende Merkmale.
- (i) Das Δφ(t)-Verfahren
erfordert kein Trigger-Signal.
- (ii) Ein Peak-to-Peak-Jitter und ein RMS-Jitter können gleichzeitig
aus dem Δφ(t) abgeschätzt werden.
- (iii) Ein mit dem Δφ(t)-Verfahren
abgeschätzter
Peak-to-Peak-Jitterwert ist mit einem Schätzwert des herkömmlichen
Nulldurchgangsverfahrens kompatibel.
- (iv) Ein mit dem Δφ(t)-Verfahren
abgeschätzter
RMS-Jitterwert ist mit einem mit dem herkömmlichen Nulldurchgangsverfahren
abgeschätzten
Wert kompatibel.
- (v) Bei der Messung eines Jitters mit einem herkömmlichen
Spektrumanalysator ist es notwendig, Frequenzen abzufahren und die
Frequenzen langsam abzufahren, um die Auflösung zu erhöhen. Deshalb erfordert die
Messung ca. 5 bis 10 Minuten. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist jedoch selbst dann, wenn die Messung 1000 Perioden bei einer
Frequenz von beispielsweise 10 MHz des Taktsignals Xc(t)
erfordert, die Meßzeitperiode
nicht länger
als 100 ms, und die Messung kann innerhalb der für eine VLSI-Prüfung vorgesehenen
Zeit vollendet werden. (vi) Wenn die Frequenz des Taktsignals Xc(t) hoch ist, kann ein Jitter durch Frequenzteilen
des Taktsignals Xc(t) durch N und durch
Zuführen
des frequenzgeteilten Taktsignals zu einem Δφ-Bewerter gemessen werden. Insbesondere
wenn die Frequenz des Taktsignals Xc(t)
von Fall zu Fall unterschiedlich ist, kann durch Ändern der
Zahl von Frequenzteilungen eine skalierbare Messung durchgeführt werden.
- (vii) Bei dem in 70 gezeigten
Beispiel werden Anstieg und Abfall des frequenzgeteilten Signals
Q nur durch die steigende Flanke des Taktsignals T bestimmt. Deshalb
kann im Falle der Verwendung des Frequenzteilers 41 ein
Jitter nur der steigenden Flanke oder der fallenden Flanke des Taktsignals
Xc(t) gemessen werden, indem die Zahl der
Frequenzteilungen zu 2 W definiert wird (W ist eine ganze Zahl gleich
oder größer als
1).
- (viii) Wenn der Komparator 51 verwendet wird, kann,
da ein Hochgeschwindigkeitskomparator leichter zu realisieren ist
als ein Hochgeschwindigkeitskomparator ADC und außerdem ein
Hochgeschwindigkeitskomparator in einer generischen automatischen
Prüfeinrichtung
(ATE) vorhanden ist, auch bei einem Hochgeschwindigkeitstaktsignal
Xc(t) das Taktsignal Xc(t)
dem in der ATE vorhandenen Komparator zugeführt werden, und die Ausgabe
des Komparators kann dem Mittel 11 zur Umformung des analytischen
Signals zugeführt
werden.
As described above, the method of measuring a jitter of a clock according to the present invention includes the following signal processing steps: transforming a clock waveform X c (t) into a complex analytic signal using the analytical reforming means 11 and estimating a variable term Δφ (t) of a current phase. This method has the following features. - (i) The Δφ (t) method does not require a trigger signal.
- (ii) A peak-to-peak jitter and an RMS jitter can be estimated simultaneously from the Δφ (t).
- (iii) A peak-to-peak jitter value estimated by the Δφ (t) method is compatible with an estimate of the conventional zero-crossing method.
- (iv) An RMS jitter value estimated by the Δφ (t) method is compatible with a value estimated by the conventional zero-crossing method.
- (v) When measuring a jitter with a conventional spectrum analyzer, it is necessary to ramp down frequencies and slow down the frequencies to increase the resolution. Therefore, the measurement requires about 5 to 10 minutes. However, according to the present invention, even if the measurement requires 1000 periods at a frequency of, for example, 10 MHz of the clock signal X c (t), the measurement time period is not longer than 100 ms, and the measurement can be within the range provided for a VLSI test Time to be completed. (vi) When the frequency of the clock signal X c (t) is high, jitter can be measured by frequency-dividing the clock signal X c (t) by N and supplying the frequency-divided clock signal to a Δφ evaluator. In particular, if the frequency of the clock signal X c (t) differs from case to case, a scalable measurement can be performed by changing the number of frequency divisions.
- (vii) In the case of 70 In the example shown, the rise and fall of the frequency-divided signal Q are determined only by the rising edge of the clock signal T. Therefore, in the case of using the frequency divider 41 a jitter of only the rising edge or the falling edge of the clock signal X c (t) can be measured by defining the number of frequency divisions at 2 W (W is an integer equal to or greater than 1).
- (viii) If the comparator 51 is used, since a high-speed comparator is easier to realize as a high speed comparator ADC and also a high speed comparator in a generic automatic test equipment (ATE) even with a high speed clock signal X c (t) is present, the clock signal X c (t) which in the ATE existing comparator can be fed, and the output of the comparator can be the means 11 be fed to the transformation of the analytical signal.
Wie
zuvor mit Bezug auf 81a erläutert, ist das herkömmliche
Nulldurchgangsverfahren oder das herkömmliche Zeitintervallverfahren
ein Verfahren, bei dem eine relative Fluktuation zwischen Nulldurchgängen erfaßt wird.
Ein Peak-to-Peak-Jitter JPP, der mit einem
nach dem herkömmlichen
Nulldurchgangsverfahren erhaltenen Peak-to-Peak-Jitter JPP kompatibel ist, kann mit dem Δφ(t)-Verfahren erhalten
werden. Wie in 82 gezeigt, wird beispielsweise
eine durch das Phasenrausch-Erfassungsmittel 61, das das
Mittel 11 zum Umformen des analytischen Signals, den Momentanphasen-Abschätzer 12 und
den Linearphasen-Erstferner 13 umfaßt, erfaßte Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) in einen
Nulldurchgangsabtaster 62 eingegeben, wodurch die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) an einem
einem Nulldurchgangspunkt des Realteils Xc(t)
des analytischen Signals Zc(t) nächstgelegenen
Zeitpunkt abgetastet wird. Das heißt, eine Wellenform des Realteils
Xc(t) des analytischen Signals ist in 83a gezeigt, und Abtastpunkte (arithmetische Verarbeitungszeitpunkte),
die einem Nulldurchgangspunkt der steigenden (oder fallenden) Wellenform
am nächsten
liegen, werden von einem Nulldurchgangspunkt-Erfassungsteil 63 erfaßt. 83a zeigt durch Kreismarkierungen die Punkte,
die einem erfaßten
Nulldurchgangspunkt am nächsten
liegen. Diese Punkte werden angenäherte Nulldurchgangspunkte genannt.
Eine Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) an jedem
der angenäherten
Nulldurchgangspunkte werden, wie durch Kreismarkierungen in 83b gezeigt, vom Nulldurchgangsabtaster 62 aufgenommen.
Jeder der aufgenommenen Werte ist ein Betrag einer Abweichung von
einem idealen Zeitpunkt (Nulldurchgangspunkt) des Realteils Xc(t) des jitterfreien analytischen Signals.
Durch Bestimmen einer Differenz zwischen jedem Abtastwert und einem
unmittelbar zuvor abgetasteten Wert von Δφ(t) kann eine Fluktuation zwischen
Nulldurchgängen,
d. h. ein Peak-to-Peak-Jitter JPP, erhalten
werden. Ein JPP = Δφn+1 – Δφn kann aus dem n-ten Abtastwert Δφn und dem n + 1-ten Abtastwert Δφn+1 des in 83b gezeigten Δφ(t) erhalten
werden.As before with reference to 81a For example, the conventional zero-crossing method or the conventional time-interval method is a method in which a relative fluctuation between zero-crossings is detected. A peak-to-peak Jitter J PP , using a conventional zero-crossing method obtained peak-to-peak jitter J PP is compatible, can be obtained with the Δφ (t) method. As in 82 For example, one shown by the phase noise detection means 61 that means 11 for transforming the analytic signal, the instantaneous phase estimator 12 and the linear phase first remover 13 comprises detected phase noise waveform Δφ (t) in a zero-crossing sampler 62 whereby the phase noise waveform Δφ (t) is sampled at a nearest instant at a zero crossing point of the real part X c (t) of the analytic signal Z c (t). That is, a waveform of the real part X c (t) of the analytic signal is in 83a and sampling points (arithmetic processing timings) closest to a zero crossing point of the rising (or falling) waveform are detected by a zero crossing point detection part 63 detected. 83a Circle marks indicate the points closest to a detected zero crossing point. These points are called approximate zero crossing points. A phase noise waveform Δφ (t) at each of the approximated zero crossing points becomes as indicated by circle marks in 83b shown by the zero crossing scanner 62 added. Each of the recorded values is an amount of deviation from an ideal point (zero crossing point) of the real part X c (t) of the jitter-free analytic signal. By determining a difference between each sample and a value of Δφ (t) sampled immediately before, a fluctuation between zero crossings, ie a peak-to-peak jitter J PP , can be obtained. A J PP = Δφ n + 1 -Δφ n can be calculated from the n-th sample Δφ n and the n + 1-th sample Δφ n + 1 of the in 83b shown Δφ (t) can be obtained.
Wie
in 82 gezeigt, kann eine Differenz zwischen einem
Abtastwert und einem unmittelbar zuvor durch den Nulldurchgangsabtaster 62 abgetasteten
Wert durch eine Differenzschaltung 64 sequentiell erhalten werden,
um einen Peak-to-Peak-Jitter JPP zu bestimmen.
Bezogen auf die erhaltene Folge von Peak-to-Peak-Jittern JPP wird eine Differenz zwischen dem Maximalwert
und dem Minimalwert durch den Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßt, und
ein RMS-Wert wird durch den RMS-Detektor 15 berechnet.
Eine differentielle Wellenform der abgetasteten Phasenrausch-Wellenform vom Nulldurchgangsabtaster 64 wird
von der differentiellen Schaltung 64 berechnet, und die
differentielle Phasenrausch-Wellenform wird den Detektoren 14 und 15 zugeführt.As in 82 can show a difference between a sample and one immediately before through the zero-crossing sampler 62 sampled value through a differential circuit 64 are obtained sequentially to determine a peak-to-peak jitter J PP . Based on the obtained sequence of peak-to-peak jitter J PP , a difference between the maximum value and the minimum value is detected by the peak-to-peak detector 14 and an RMS value is detected by the RMS detector 15 calculated. A differential waveform of the sampled phase noise waveform from the zero crossing sampler 64 is from the differential circuit 64 calculated, and the differential phase noise waveform is the detectors 14 and 15 fed.
Ein
Verfahren zum Erfassen eines angenäherten Nulldurchgangspunktes
im Nulldurchgangspunkt-Erfassungsteil 63 wird
beschrieben. Unter der Annahme, daß der Maximalwert einer Wellenform
eines eingegebenen Realteils Xc(t) einem
100%-Pegel entspricht und der Minimalwert einem 0%-Pegel entspricht,
wird ein 50%-Pegel V(50%) einer Differenz zwischen dem Maximalwert
und dem Minimalwert als Nulldurchgangspegel berechnet. Eine Differenz
zwischen einem Abtastwert und dem 50%-Pegel V(50%) und eine Differenz
zwischen seinem benachbarten Abtastwert und dem 50%-Pegel V(50%),
d. h. (Xc(j – 1) – V(50%)) und (Xc(j) – V(50%)),
werden berechnet, und außerdem
wird ein Produkt dieser Werte (Xc(j – 1) – V(50%)) × (Xc(j) – V(50%))
berechnet. Wenn Xc(t) den 50%-Pegel, d.
h. den Nullpegel kreuzt, ändert
sich der Abtastwert Xc(j – 1) oder
Xc(j) von einem negativen Wert auf einen
positiven Wert oder von einem positiven Wert auf einen negativen
Wert. Wenn also das Produkt negativ ist, wird erfaßt, daß Xc(t) den Nullpegel gekreuzt hat, und ein
Zeitpunkt j–1
oder j, an dem an kleinerer Absolutwert des Abtastwertes Xc(j–1)
oder Xc(i) erfaßt wird, wird als angenäherter Nulldurchgangspunkt
erhalten.A method of detecting an approximate zero-crossing point in the zero-cross point detection part 63 is described. Assuming that the maximum value of a waveform of an input real part X c (t) corresponds to a 100% level and the minimum value corresponds to a 0% level, a 50% level becomes V (50%) of a difference between the maximum value and the minimum value calculated as zero crossing level. A difference between a sample and the 50% level V (50%) and a difference between its adjacent sample and the 50% level V (50%), ie (X c (j-1) -V (50%) ) and (X c (j) -V (50%)) are calculated, and further, a product of these values (X c (j-1) -V (50%)) x (X c (j) -V (50%)). When X c (t) crosses the 50% level, ie the zero level, the sample X c (j-1) or X c (j) changes from a negative value to a positive value or from a positive value to a negative one Value. Thus, if the product is negative, it is detected that X c (t) has crossed the zero level and a time j-1 or j at which the smaller absolute value of the sample X c (j-1) or X c (i) is detected is obtained as the approximate zero crossing point.
Ein
Jitter wurde mit dem in 84 gezeigten
herkömmlichen
Zeitintervallanalysator gemessen, und entsprechend wurde ein Jitter,
wie in 85 gezeigt, mit der in 82 gezeigten Vorrichtung gemessen. In 84 wurde ein Sinuswellensignal von einer Signalquelle 65 frequenzgeteilt
und durch einen Frequenzteiler 66 in ein Taktsignal mit
einer Frequenz von 1/20 des Sinuswellensignals umgewandelt. Dieses
Taktsignal wurde mit einem externen Sinuswellensignal durch einen
Jittergenerator 44 phasenmoduliert, so daß ein Jitter zum
Taktsignal hinzugefügt
wurde. Der Jitter des Taktsignals mit hinzugefügtem Jitter wurde durch den
Zeitintervallanalysator 67 gemessen. In 85 wurde ein Taktsignal mit hinzugefügtem Jitter
entsprechend dem in 84 gezeigten Prozeß erzeugt.
Dieses Taktsignal wurde von einem AD-Wandler 68 in ein
digitales Signal umgewandelt, und der Jitter wurde von einer in 82 gezeigten Jittermeßvorrichtung 69 gemessen.
Die experimentellen Bedingungen dieser Messung waren die gleichen
wie bei dem in 84 gezeigten Meßprozeß.A jitter was with the in 84 The conventional time-interval analyzer shown in FIG. 1 was measured, and accordingly, a jitter as shown in FIG 85 shown with the in 82 Measured device measured. In 84 became a sine wave signal from a signal source 65 frequency divided and by a frequency divider 66 converted into a clock signal with a frequency of 1/20 of the sine wave signal. This clock signal was sent with an external sine wave signal through a jitter generator 44 phase modulated so that a jitter was added to the clock signal. The jitter of the added jitter clock signal was through the time interval analyzer 67 measured. In 85 was a clock signal with added jitter according to the in 84 produced process shown. This clock signal was from an AD converter 68 converted into a digital signal, and the jitter was from an in 82 shown Jittermeßvorrichtung 69 measured. The experimental conditions of this measurement were the same as those in 84 shown measuring process.
Die
experimentellen Ergebnisse sind in 86 und 87 gezeigt.
In diesen Figuren stellt eine seitliche Achse Phasenmodulationsindizes
JO im Jittergenerator 44 dar. 86 zeigt gemessene Peak-to-Peak-Werte (Differenz
zwischen Maximalwert und Minimalwert). In 86 bezeichnet
ein Rautenzeichen ein vom Zeitintervallanalysator 67 gemessenen
Wert, ein Kreiszeichen bezeichnet einen von der Vorrichtung 69 zum
Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren
gemessenen Wert. Man erkennt, daß der von der Vorrichtung 69 zum
Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren
gemessene Wert nahezu gleich dem vom Zeitintervallanalysator 67 gemessenen
Wert ist. 87 zeigt RMS-Werte von gemessenen
Jittern. In 87 bezeichnet ein Rautenzeichen
einen vom Zeitintervallanalysator 67 gemessenen Wert, und
ein Kreiszeichen bezeichnet einen von der Vorrichtung 69 zum
Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren
gemessenen Wert. In diesem Fall kann man sagen, daß der von
der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren
gemessene Wert ziemlich gleich dem Meßwert des Zeitintervallanalysators 67 ist.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann also den gleichen
Wert liefern, der auch durch das herkömmliche Verfahren (Nulldurchgangsverfahren)
erhalten wird, und somit kann die gleiche Bewertung wie mit den
nach dem herkömmlichen
Verfahren gemessenen Werten erfolgen. Mit andern Worten kann das
erfindungsgemäße Verfahren
Meßwerte
liefern, die mit den nach dem herkömmlichen Verfahren erhaltenen
kompatibel sind.The experimental results are in 86 and 87 shown. In these figures, a lateral axis phase modulation indices J O jitter in 44 represents. 86 shows measured peak-to-peak values (difference between maximum value and minimum value). In 86 denotes a diamond sign on from the time interval analyzer 67 measured value, a circle character indicates one of the device 69 value measured for measuring a jitter according to the Δφ method. It can be seen that the of the device 69 value measured to measure a jitter by the Δφ method is almost equal to that of the time interval analyzer 67 measured value. 87 shows RMS values of measured jitter. In 87 a diamond sign denotes one from the time interval analyzer 67 measured value, and a circle character indicates one of the device 69 value measured for measuring a jitter according to the Δφ method. In this case one can say that the one of the device 69 value measured to measure a jitter by the Δφ method is quite similar to the measured value of the time interval analyzer 67 is. Thus, the device according to the present invention can provide the same value as obtained by the conventional method (zero-crossing method), and thus the same evaluation can be made as with the values measured by the conventional method. In other words, the method of the present invention can provide measurement values compatible with those obtained by the conventional method.
Außerdem betrug
die Zahl der Nulldurchgangs-Abtastwerte, die nötig waren, um ein solches Ergebnis zu
erhalten, 5000 für
den Fall des Peak-to-Peak-Jitters sowie des RMS-Jitters bei der
Messung mit dem Zeitintervallanalysator 67, wohingegen
die Zahl der Nulldurchgangs-Abtastwerte bei der vorliegenden Erfindung 3179
für den
Fall des Peak-to-Peak-Jitters und den des RMS-Jitters bei der Messung
mit der Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters nach dem Δφ- Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung betrug. Die Vorrichtung 69 zum Messen eines Jitters
nach dem erfindungsgemäßen Δφ-Verfahren
erfordert eine kleinere Zahl von Abtastwerten als der Zeitintervallanalysator,
so daß die
erfindungsgemäße Meßvorrichtung 69 auf
diesem Niveau schnell eine Messung durchführen kann.In addition, the number of zero-crossing samples needed to obtain such a result was 5000 for the case of peak-to-peak jitter and RMS jitter in the time interval analyzer measurement 67 whereas, the number of zero-crossing samples in the present invention is 3179 for the case of peak-to-peak jitter and that of the RMS jitter for measurement with the device 69 for measuring a jitter according to the Δφ method according to the present invention. The device 69 for measuring a jitter according to the Δφ method according to the invention requires a smaller number of samples than the time interval analyzer, so that the measuring device according to the invention 69 can quickly take a measurement at this level.
Wie
oben mit Bezug auf 83b erläutert, ist jeder der an angenäherten Nulldurchgangspunkten
einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) aufgenommene
Abtastwert ein Betrag einer Abweichung von einem Idealzeitpunkt.
Diese Abtastwerte sind also gleich dem mit dem herkömmlichen
Phasenerfassungsverfahren gemessenen RMS-Jitter JRMS,
weswegen die Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ-Verfahren
auch mit dem herkömmlichen
Phasenerfassungs-Verfahren
kompatibel ist. Unter diesem Gesichtspunkt wird, wie in 88 gezeigt, ein Abtastwert, der einem Nulldurchgangspunkt
entspricht, vom Nulldurchgangsabtaster 63 aus einer Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) aufgenommen,
die von dem Phasenrausch-Erfassungsmittel 61 zugeführt wird,
um den Abtastwert den Detektoren 14 und 15 als
eine Abtast-Phasenrausch-Wellenform
zuzuführen.
Wie oben mit Bezug auf die in 32 gezeigte
Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gezeigt, kann
ein RMS-Jitter JRMS mit dem Nulldurchgangsabtaster 62 gemessen
werden. Deshalb kann, wie in 88 gezeigt,
die Vorrichtung zum Messen eines Jitters so aufgebaut sein, daß die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) durch
einen Schalter 71 umgeschaltet werden kann und die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) den
Detektoren 14 und 15 über den Nulldurchgangsabtaster 62 oder
direkt zugeführt werden
kann. Ferner zeigen 89 und 90 vom
Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßte Werte bzw. vom RMS-Detektor 15 berechnete
Ergebnisse, wenn jede der Jittermessungen durchgeführt wird,
unter gleichen Bedingungen, in dem Fall, daß der Nulldurchgangsabtaster 62 benutzt
wird, und in dem Fall, daß der
Nulldurchgangsabtaster 62 nicht benutzt wird. In diesen
Figuren stellt die seitliche Achse Phasenmodulationsindizes JO im Jittergenerator 44 dar. Ein
Zeichen bezeichnet einen mit dem Nulldurchgangsabtaster 62 gemessenen
Wert und ein Zeichen V bezeichnet einen ohne Benutzung des Nulldurchgangsabtasters 62 gemessenen Wert. 89 zeigt die mit dem Peak-to-Peak-Detektor 14 erfaßten Werte
und 90 zeigt die mit dem RMS-Detektor 15 berechneten
Werte. Es versteht sich, daß ähnliche
Ergebnisse unter Verwendung des Nulldurchgangsabtasters 62 oder
ohne Verwendung des Nulldurchgangsabtasters 62 erhalten
werden können.As above with respect to 83b For example, each sample taken at approximate zero crossing points of a phase noise waveform Δφ (t) is an amount of deviation from an ideal timing. Thus, these samples are equal to the RMS jitter J RMS measured by the conventional phase detection method, and therefore, the jitter measuring apparatus according to the Δφ method is also compatible with the conventional phase detection method. From this point of view, as in 88 shown, a sample corresponding to a zero crossing point, from the zero crossing scanner 63 from a phase noise waveform Δφ (t) taken from the phase noise detection means 61 is supplied to the sample the detectors 14 and 15 as a sample phase noise waveform. As above with respect to in 32 A jitter measuring device according to the Δφ (t) method shown may include an RMS jitter J RMS with the zero-crossing sampler 62 be measured. Therefore, as in 88 3, the jitter measuring device may be constructed so that the phase noise waveform Δφ (t) is switched by a switch 71 can be switched and the phase noise waveform Δφ (t) the detectors 14 and 15 over the zero crossing scanner 62 or can be fed directly. Further show 89 and 90 from the peak-to-peak detector 14 detected values or from the RMS detector 15 calculated results when each of the jitter measurements is performed, under the same conditions, in the case that the zero-crossing scanner 62 is used, and in the case that the zero-crossing scanner 62 not used. In these figures, the lateral axis phase modulation indices J O jitter in 44 A character denotes one with the zero crossing scanner 62 measured value and a symbol V denotes one without using the zero-crossing scanner 62 measured value. 89 shows that with the peak-to-peak detector 14 recorded values and 90 shows the with the RMS detector 15 calculated values. It will be understood that similar results are obtained using the zero-crossing scanner 62 or without using the zero crossing scanner 62 can be obtained.
Als
nächstes
wird eine Vorrichtungskonfiguration zum Messen eines Zyklus-zu-Zyklus-Jitters
JCC mit dem Δφ(t)-Verfahren mit Bezug auf 91 beschrieben. Ein Zyklus-zu-Zyklus-Jitter ist
eine Jitterfluktuation zwischen benachbarten Taktzyklen, d. h. eine
Fluktuation der N-ten Zeitperiode gegen die (N – 1)te Zeitperiode. Deshalb
kann ein Zyklus-zu-Zyklus-Jitter J erhalten werden, indem durch
eine Differenzschaltung 72 ein Peak-to-Peak-Jitter JPP(N) der N-ten Zeitperiode, der anschließend an
einen Peak-to-Peak-Jitter JPP(N-1) der (N – 1)ten
Zeitperiode aus der differentiellen Schaltung 64 in 91 erhalten wird (relative Fluktuation zwischen Nulldurchgängen), von
letzterem subtrahiert wird, um aufeinanderfolgend die subtrahierten
Werte JPP(N)–JPP(N-1) zu
erhalten. Das heißt,
die Differenzschaltung 72 berechnet eine differentielle
Wellenform für
die Ausgaben der Differenzschaltung 64, um das berechnete
Ergebnis den Detektoren 14 und 15 als eine zweite Differenz-Phasenrausch-Wellenform
zuzuführen.
Ein Beispiel des Meßergebnisses
von JCC ist in 92 gezeigt.
Die Differenzschaltung 72 kann an die Ausgabeseite der Differenzschaltung 64 der
in 82 gezeigten Vorrichtung angeschlossen sein, so
daß ein
Zyklus-zu-Zyklus-Jitter gemessen werden kann.Next, a device configuration for measuring a cycle-to-cycle jitter J CC with the Δφ (t) method will be described with reference to FIG 91 described. A cycle-to-cycle jitter is a jitter fluctuation between adjacent clock cycles, that is, a fluctuation of the N-th time period against the (N-1) th time period. Therefore, a cycle-to-cycle jitter J can be obtained by passing through a differential circuit 72 a peak-to-peak jitter J PP (N) of the Nth time period subsequent to a peak-to-peak jitter J PP (N-1) of the (N-1) th time period from the differential circuit 64 in 91 is obtained (relative fluctuation between zero crossings) subtracted from the latter to sequentially obtain the subtracted values J PP (N) -J PP (N-1) . That is, the difference circuit 72 calculates a differential waveform for the outputs of the differential circuit 64 to get the calculated result to the detectors 14 and 15 as a second differential phase noise waveform. An example of the measurement result of J CC is in 92 shown. The difference circuit 72 can be connected to the output side of the differential circuit 64 the in 82 be shown connected, so that a cycle-to-cycle jitter can be measured.
Das
herkömmliche
Verfahren zum Messen eines Jitters basiert auf einer Histogramm-Messung,
aber auch bei dem erfindungsgemäßen Δφ(t)-Verfahren
kann ein Histogramm von gemessenen Jittern erzeugt werden. Ein Histogramm
von mit dem herkömmlichen
Zeitintervall-Analysator gemessenen Sinuswellenjittern ist in 93 gezeigt. Die seitliche Achse zeigt den Betrag
J. 94 zeigt ein Ergebnis eines mit einem Histogrammgenerator 73 erhaltenen
Jitter-Histogramm, wenn der gleiche Sinuswellenjitter mit der in 82 gezeigten Vorrichtung zum Messen eines Jitters
nach dem Δφ(t)-Verfahren
gemessen wird. Man erkennt, daß jede der
Figuren eine Histogrammgestalt von Sinuswellenjittern zeigt.The conventional method for measuring a jitter is based on a histogram measurement, but also in the Δφ (t) method according to the invention a histogram of measured jitters can be generated. A histogram of sine wave jitter measured with the conventional time interval analyzer is shown in FIG 93 shown. The lateral axis shows the amount J. 94 shows a result of one with a histogram generator 73 obtained jitter histogram when the same sine wave jitter with the in 82 The device for measuring a jitter is measured according to the Δφ (t) method. It can be seen that each of the figures shows a histogram shape of sine wave jitter.
Außerdem zeigt 95 ein Beispiel eines Histogramms, wenn ein Histogramm
einer mit dem in 32 gezeigten Phasenrausch-Erfassungsmittel 61 erhaltenen
Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) mit
dem Histogrammgenerator 73 erzeugt wird. Des weiteren zeigt 96 ein Beispiel eines Histogramm, wenn Zyklus-zu-Zyklus-Jitter
JCC mit der Vorrichtung zum Messen eines
Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren
gemessen werden, und ein Histogramm des JCC mit
dem Histogrammgenerator 73 erzeugt wird. Auf diese Weise
können diverse
Jitter mit der Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung
gemessen werden, und Histogramme dieser Jitter können auch erzeugt werden. Mit
der Vorrichtung zum Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren
kann eine Jitterbewertung basierend auf einem mit der herkömmlichen
Vorrichtung zum Messen eines Jitters erhaltenen Jitterhistogramm
in entsprechender Weise durchgeführt
werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht nur brauchbar zum Messen
eines Sinuswellenjitters, sondern auch für die Messung eines zufälligen Jitters.
Dies wird überprüft durch
die Darstellung eines Histogramms von gemessenen Jittern. 97 zeigt ein Ergebnis einer Histogramm-Messung,
wenn ein Histogramm von zufälligen
Jittern eines Taktsignals eines Mikrocomputers mit dem herkömmlichen
Zeitintervallanalysator gemessen wird. 98 zeigt
ein Ergebnis einer Histogramm-Messung, wenn zufällige Jitter des gleichen Taktsignals
mit der in 82 gezeigten Vorrichtung zum
Messen eines Jitters nach dem Δφ(t)-Verfahren gemessen
werden und ein Histogramm daraus erzeugt wird. Man erkennt, daß beide
Figuren ein Histogramm von zufälligen
Signalen zeigen.Also shows 95 an example of a histogram when a histogram is one with the in 32 shown phase noise detection means 61 obtained phase noise waveform Δφ (t) with the histogram generator 73 is produced. Further shows 96 an example of a histogram when measuring cycle-to-cycle jitter J CC with the apparatus for measuring a jitter according to the Δφ (t) method, and a histogram of the J CC with the histogram generator 73 is produced. In this way, various jitter can be measured with the jitter measuring apparatus according to the Δφ (t) method according to the present invention, and histograms of these jitter can also be generated. With the apparatus for measuring a jitter according to the Δφ (t) method, a jitter score based on a jitter histogram obtained by the conventional jitter measuring apparatus can be appropriately performed. The present invention is useful not only for measuring a sine wave jitter, but also for measuring a random jitter. This is checked by displaying a histogram of measured jitters. 97 Fig. 12 shows a result of histogram measurement when measuring a histogram of random jitter of a clock signal of a microcomputer with the conventional time interval analyzer. 98 shows a result of a histogram measurement when random jitter of the same clock signal with the in 82 jitter measuring device according to the Δφ (t) method are measured and a histogram is generated therefrom. It can be seen that both figures show a histogram of random signals.
Wenn
eine Hüllkurve
eines Eingabesignals verändert
wird und das Eingabesignal amplitudenmoduliert (AM) ist, kann ein
durch die Amplitudenmodulation erzeugtes Seitenband nicht von einem
Seitenband unterschieden werden, das durch eine durch einen Jitter
verursachte Phasenmodulation erzeugt ist, so daß es vorkommen kann, daß ein Meßergebnis
eines Jitters größer wird
als der tatsächliche
Wert. Unter diesem Gesichtspunkt ist in 82 ein
Fall gezeigt, wo an der Eingabeseite des Phasenrausch-Erfassungsmittels 61 ein Beschneider 74 eingefügt ist,
um eine AM-(amplitudenmodulierte) Komponente zu entfernen, so daß eine PM-(phasenmodulierte)
Komponente als Eingabe für
das Phasenrausch-Erfassungsmittel 61 bestehen bleiben kann.
Im Beschneider 74 wird im Falle sowohl eines analogen Signals
als auch eines digitalen Signals ein Wert (Betrag) eines Eingabesignals
auf einen um eine konstante Zahl vervielfachten Wert verstärkt. An
dem verstärkten
Eingabesignal wird ein Prozeß durchgeführt, bei
dem ein Signalwert, der größer als
ein vorgegebener erster Schwellwert Vt1
ist, durch den ersten Schwellwert Vth1 ersetzt
wird, und ein Signalwert, der kleiner als ein vorgegebener zweiter
Schwellwert Vth2 (< Vth1) ist,
durch den zweiten Schwellwert Vth2 ersetzt
wird. Auf diese Weise wird das Eingabesignal in ein Eingabesignal
mit konstanter Amplitude umgewandelt, das eine Umhüllende ohne
Fluktuation in einer zeitlichen Wellenform hat, so daß ein Jitter
genau gemessen werden kann.When an envelope of an input signal is changed and the input signal is amplitude modulated (AM), a sideband produced by the amplitude modulation can not be discriminated from a sideband produced by a phase modulation caused by a jitter, so that a measurement result may occur of a jitter is greater than the actual value. From this point of view is in 82 a case is shown where on the input side of the phase noise detection means 61 a trimmer 74 is inserted to remove an AM (amplitude modulated) component such that a PM (phase modulated) component is input to the phase noise detection means 61 can persist. In the clipper 74 For example, in the case of both an analog signal and a digital signal, a value (magnitude) of an input signal is amplified to a value multiplied by a constant number. On the amplified input signal, a process is performed in which a signal value which is greater than a predetermined first threshold value V t 1 is replaced by the first threshold value V th 1, and a signal value which is smaller than a predetermined second threshold value V th 2 (<V th 1) is replaced by the second threshold V th 2. In this way, the input signal is converted into a constant amplitude input signal having a non-fluctuating envelope in a temporal waveform, so that jitter can be accurately measured.
Bei
der in 82 gezeigten Ausgestaltung
ist ein Fall gezeigt, wo in der Differenzschaltung 64 ein
Intervall (Zeitintervall) Tin zwischen zwei
Abtastwerten zum Bestimmen einer Differenz davon und ein Bewegungsschritt
Ts zum Bestimmen von zwei Zeitpositionen
(Berechnungszeitpunkten) zum Aufnehmen einer nächsten Differenz darin eingegeben
werden und diverse Differenzen anhand dieser Werte Tin und
Ts aufgenommen werden können. 99a zeigt
eine Wellenform eines Realteils Xc(t) eines
analytischen Signals Zc(t) und Abtastwerte
von dessen angenäherten
Nulldurchgangspunkten (Kreiszeichen ). 99b zeigt
die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) und
zeigt Abtastwerte ihrer angenäherten
Nulldurchgangspunkte durch Kreiszeichen. Bei diesem Beispiel hat
die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) eine
Sinuswellengestalt. Das heißt, 99b zeigt den Fall eines Sinuswellenjitters, wo
die Abweichung vom idealen Zeitpunkt sich sinuswellenförmig ändert. In
dieser Figur gibt es 34 Nulldurchgangs-Abtastwerte von Δφ(t) in einer
Periode des Sinuswellenjitters. 99 zeigt
einen Fall, wo der Bewegungsschritt Ts eine
Länge von
17 Abtastpunkten hat und das Differenzintervall Tin eine
Länge von
17 Abtastpunkten hat: In diesem Fall wird ein Differenzwert Δφ(j + Tin) – Δφ(j) aus
einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j) an einem
Berechnungszeitpunkt j und einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j + T)
an einem Berechnungszeitpunkt j + Tin berechnet.
Anschließend
wird ein Differenzwert Δφ(j + 2Tin)– Δφ(j + Tin) berechnet, der eine Differenz zwischen
einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j + Tin) an einem Berechnungszeitpunkt j + Tin und einem Nulldurchgangs-Abtastwert Δφ(j + 2Tin) an einem Berechnungszeitpunkt j + 2Tin ist, d. h. an einem Zeitpunkt, der um
Tin später
liegt als der vorherige Berechnungspunkt. Beim herkömmlichen
Zeitintervall-Analysator oder dergleichen wird, wie in diesem Beispiel
gezeigt, ein Zeitpunkt nach einer Differenzzeit Tin von
einem Berechnungszeitpunkt der nächste
Berechnungszeitpunkt. Ein Bewegungsschritt Ts kann
nicht kleiner gemacht werden als das Differenzintervall Tin.At the in 82 In the embodiment shown, a case is shown where in the differential circuit 64 an interval (time interval) T in between two samples for determining a difference thereof and a moving step T s for determining two time positions (calculation timings) for taking a next difference therein are input and various differences can be taken from these values T in and T s , 99a FIG. 12 shows a waveform of a real part X c (t) of an analytic signal Z c (t) and samples of its approximate zero crossing point (circle sign). 99b shows the phase noise waveform Δφ (t) and shows samples of its approximated zero crossing points by circle signs. In this example, the phase noise waveform Δφ (t) has a sine wave shape. This means, 99b shows the case of a sine wave jitter where the deviation from the ideal time changes sinewave. In this figure, there are 34 zero-crossing samples of Δφ (t) in one period of the sine wave jitter. 99 shows a case where the moving step T s has a length of 17 sampling points, and the difference interval T has a length of 17 sample points: In this case, a difference value Δφ (j + T) - Δφ (j) from a zero-sample Δφ (j) is calculated at a calculation timing j and a zero-crossing sample Δφ (j + T) at a calculation timing j + T in . Subsequently, a difference value Δφ (j + 2T in ) - Δφ (j + T in ) is calculated, which is a difference between a zero-crossing sample Δφ (j + T in ) at a calculation time j + T in and a zero-crossing sample Δφ ( j + 2T in ) at a time of computation j + 2T in , that is, at a time later than the previous computation point by T in . In the conventional time interval analyzer or the like, as shown in this example, a time after a difference time T in from a calculation time point becomes the next calculation time point. A movement step T s can not be made smaller than the difference interval T in .
Bei
der vorliegenden Erfindung kann ein Bewegungsschritt Ts kleiner
als ein Differenzintervall Tin gemacht werden,
d. h., Ts < Tin. Das heißt, wie in 100 gezeigt,
wenn bei einer Null-Abtastzeitfolge aus 100a der
Betrieb am Zeitpunkt j begonnen wird, werden zu Zeitpunkten nach
jedem Bewegungsschritt Ts ab dem Zeitpunkt
j, also an Zeitpunkten j, j + Ts, j + 2Ts, ... Abtastwerte von Δφ(t), d. h. Δφ(j), Δφ(j + Ts), Δφ(j + 2Ts), ... aufgenommen, wie in 100b gezeigt, und diese Abtastwerte werden in
einem Pufferspeicher als eine erste Abtastfolge gespeichert. Zusätzlich werden
an um das Differenzintervall Tin gegen die
Zeitpunkte j, j + Ts, j + 2Ts,
... verzögerten
Zeitpunkten, d. h. an Zeitpunkten j + Tin,
j + Ts + Tin, j
+ 2Ts + Tin Abtastwerte
von Δφ(t), d.
h. Δφ(j + Tin), Δφ(j + Ts + Tin), Δφ(j + 2Ts + Tin) aufgenommen,
wie jeweils in 100c gezeigt, und diese Abtastwerte
werden im Pufferspeicher als eine zweite Abtastfolge gespeichert.
Bezogen auf Abtastwerte mit der gleichen Folgenummer in der ersten
Abtastfolge und der zweiten Abtastfolge wird ein Abtastwert in der ersten
Abtastfolge vom entsprechenden Abtastwert in der zweiten Abtastfolge
subtrahiert, um Differenz-Ausgaben unter der Bedingung Ts < Tin zu erhalten.In the present invention, a moving step T s may be made smaller than a difference interval T in , that is, T s <T in . That is, as in 100 shown when off at a zero sample timing 100a the operation is started at the time j, at time points after each movement step T s from the time j, ie at times j, j + T s , j + 2T s , ... samples of Δφ (t), ie Δφ (j ), Δφ (j + T s ), Δφ (j + 2T s ), ..., as in 100b and these samples are stored in a buffer memory stored a first scan. In addition, at time points j delayed by the difference interval T in against j, j + T s , j + 2T s , ..., ie at times j + T in , j + T s + T in , j + 2T s + T in samples of Δφ (t), ie Δφ (j + T in ), Δφ (j + T s + T in ), Δφ (j + 2T s + T in ), as in each case in FIG 100c and these samples are stored in the buffer memory as a second scan sequence. With respect to samples having the same sequence number in the first scanning sequence and the second scanning sequence, a sample in the first scanning sequence is subtracted from the corresponding sample in the second scanning sequence to obtain differential outputs under the condition of T s <T in .
In 101 sind die Wellenform des Realteils
Xc(t) des analytischen Signals, die Phasenrausch-Wellenform Δφ(t) und
die Nulldurchgangspunkte die gleichen wie in 99. 101 zeigt einen Fall, wo ein Berechnungsbewegungsschritt
Ts die Länge
eines Nulldurchgangspunktes hat und das Differenzintervall Tin die Länge
von 17 Nulldurchgangspunkten hat. Wie in 101c gezeigt,
wird in diesem Fall an jedem Nulldurchgangspunkt eine Differenz
von Δφ(t), z.
B. Jp(j) = Δφ(j + Tin) – Δφ(j) im Differenzintervall
Tin (17 Nulldurchgangspunkte) erhalten.In 101 are the waveform of the real part X c (t) of the analytic signal, the phase noise waveform Δφ (t) and the zero crossing points are the same as in FIG 99 , 101 Fig. 10 shows a case where a calculation movement step T s has the length of a zero-cross point and has the difference interval T in the length of 17 zero crossing points. As in 101c In this case, at each zero crossing point, a difference of Δφ (t), e.g. B. J p (j) = Δφ (j + T in ) - Δφ (j) in the difference interval T in (17 zero-crossing points).
Um
eine Fluktuation von Δφ(t) deutlich
zu erhalten, muß Tin etwas größer gemacht werden. Bei dem in 99 gezeigten herkömmlichen System ist jedoch
Ts > Tin, so daß auch Ts groß wird.
Deshalb ist die Zahl von im gleichen Zeitraum (Datenvolumen) gewinnbaren
Differenzwerten klein, und deshalb ist die Auflösung schlecht und die Spitzenwerte
und Mittelwerte sind keine genauen Werte.In order to obtain a fluctuation of Δφ (t) clearly, T has to be made slightly larger. At the in 99 However, in the conventional system shown, T s > T in , so that also T s becomes large. Therefore, the number of difference values obtainable in the same period (data volume) is small, and therefore the resolution is poor, and the peak values and average values are not accurate values.
Deshalb
verhält
sich ein aus den in 99 dargestellten
Differenzen erhaltener Peak-to-Peak-Jitter JPP(t)
wegen der verringerten Zahl erhaltener Differenzwerte wie in 102a gezeigt, und der Spitzenwert ist 1883 ps,
und der RMS-Wert ist 638 ps. Ein aus den in 101 dargestellten
Differenzen unter den gleichen Bedingungen erhaltener Peak-Jitter
JPP(t) verhält sich aufgrund der erhöhten Zahl
von Differenzwerten und der kurzen Intervalle wie in 102b gezeigt, und der Peak-to-Peak-Wert ist 1940
ps und der RMS-Wert ist 650 ps. Im Fall von 101 können eine
hohe Auflösung
und ein genauer Jitter im Vergleich zum in 99 gezeigten
herkömmlichen
Fall erhalten werden.Therefore, one of the in 99 shown differences obtained peak-to-peak jitter J PP (t) because of the reduced number of obtained difference values as in 102 and the peak is 1883 ps and the RMS value is 638 ps. One out of the in 101 Due to the increased number of difference values and the short intervals, as shown in FIG. 13, peak jitter J PP (t) obtained under the same conditions behaves as shown in FIG 102b and the peak-to-peak value is 1940 ps and the RMS value is 650 ps. In case of 101 can have a high resolution and a more accurate jitter compared to in 99 shown in the conventional case.
Mit
Bezug auf einen herkömmlichen
AD-Wandler, wie in 103a gezeigt,
wird ein Eingabesignal in einen AD-Wandler 77 eingegeben,
nachdem Frequenzkomponenten von mehr als der Hälfte der Abtastfrequenz des
AD-Wandlers 77 daraus durch ein Tiefpaßfilter 76 beseitigt
worden sind. Der AD-Wandler 77 muß eine Analog-Digital-Wandlung
bei einer Abtastfrequenz durchführen,
die gleich dem Zweifachen der Eingabesignalfrequenz oder höher ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
hingegen kann das Eingabesignal abgetastet und in ein digitales
Signal bei einer niedrigeren Frequenz als der Eingabesignalfrequenz
umgewandelt werden. Wie in 103b gezeigt,
werden zu diesem Zweck Hochfrequenzkomponenten des Eingabesignals durch
ein Bandpaß-
oder Tiefpaßfilter 78 beseitigt,
und dann wird das Eingabesignal in einer Abtastbrückenschaltung 79 abgetastet,
die aus Dioden aufgebaut ist, indem zwischen Anschlüssen 81a und 81b angelegte Impulse
bei einer niedrigeren Frequenz als der Eingabesignalfrequenz abgetastet
werden. Ein mit diesem Prozeß genau
erhaltener Abtastwert wird durch einen AD-Wandler 81 für jede Abtastung
in ein digitales Signal umgesetzt. Zum Beispiel wurde ein Experiment
durchgeführt,
bei dem ein Sinuswellensignal mit der Frequenz 10,025 MHz verwendet
wurde, das mit einem 20 kHz Signal phasenmoduliert war. Wenn dieses
Sinuswellensignal bei einer Frequenz von 40,0 MHz, also oberhalb
der Frequenz des Eingabesignals, abgetastet wurde, war die Wellenform
der Folge von Abtastwerten wie in 104a gezeigt.
In diesem Fall war das Spektrum wie in 105a gezeigt,
wo ein breiter Peak der Trägerwellenkomponente
mit Frequenz 10,025 MHz sowie Peaks von oberen und unteren Seitenbändern (Modulationskomponenten)
beobachtet wurden. Wenn hingegen dieses Sinuswellensignal durch
die Schaltungskonfiguration aus 103b mit
einer Frequenz von 100 kHz, also um zwei Größenordnungen niedriger als
die Trägerwellenfrequenz
abgetastet (undersampled) wurde, war die Wellenform der Folge von
Abtastwerten wie in 104b gezeigt.
Diese Folge von Abtastwerten ist auch in 104a durch
Kreiszeichen gezeigt. In diesem Fall war das Spektrum der Folge
von mit Undersampling gewonnenen Abtastwerten wie in 105b gezeigt, wo ein Peak der Trägerwellenkomponente
mit Frequenz 25 kHz und zwei Peaks der Modulationskomponenten (obere
und untere Seitenbänder)
von 25 kHz ± 20
kHz beobachtet wurden. Daran war zu erkennen, daß ein Jitter mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auch unter Verwendung eines Undersampling-AD-Wandlers gemessen werden kann.With respect to a conventional AD converter, as in 103a is shown, an input signal to an AD converter 77 entered after frequency components of more than half the sampling frequency of the AD converter 77 from it by a low-pass filter 76 have been eliminated. The AD converter 77 must perform an analog-to-digital conversion at a sampling frequency equal to twice the input signal frequency or higher. In contrast, in the device according to the invention, the input signal can be sampled and converted into a digital signal at a lower frequency than the input signal frequency. As in 103b For this purpose, high-frequency components of the input signal are shown by a band-pass or low-pass filter 78 eliminated, and then the input signal in a Abtastbrückenschaltung 79 sampled, which is composed of diodes, by connecting between terminals 81a and 81b applied pulses are sampled at a frequency lower than the input signal frequency. A sample accurately obtained with this process is passed through an AD converter 81 converted to a digital signal for each sample. For example, an experiment was conducted using a sine wave signal of frequency 10.025 MHz which was phase-modulated with a 20 kHz signal. When this sine wave signal was sampled at a frequency of 40.0 MHz, that is, above the frequency of the input signal, the waveform was the sequence of samples as in FIG 104a shown. In this case the spectrum was like in 105a where a broad peak of the carrier wave component of frequency 10.025 MHz as well as peaks of upper and lower sidebands (modulation components) were observed. On the other hand, when this sine wave signal goes out through the circuit configuration 103b With a frequency of 100 kHz, that is, undersampled two orders of magnitude lower than the carrier wave frequency, the waveform was the sequence of samples as in FIG 104b shown. This sequence of samples is also in 104a shown by circle signs. In this case, the spectrum of the sequence of undersampled samples was as in 105b where a peak of the carrier wave component with frequency 25 kHz and two peaks of the modulation components (upper and lower sidebands) of 25 kHz ± 20 kHz were observed. It was seen that a jitter can be measured with the device according to the invention also using an undersampling AD converter.
Bei
jeder der in 82, 88 und 91 gezeigten
Ausgestaltungen kann eines der diversen in 91, 40b, 67 und 69 gezeigten Mittel zur Umformung des analytischen
Signals als Mittel 11 zur Umformung des analytischen Signals
verwendet werden. Außerdem
sind diese Ausgestaltungen nicht auf die Benutzung eines AD-Wandlers
zum Umwandeln eines Eingabesignals in ein digitales Signal beschränkt, stattdessen
kann auch ein Komparator anstelle des AD-Wandlers verwendet werden.
Das heißt,
im allgemeinen wird ein zu messendes Eingabesignal in ein digitales
Signal durch einen AD-Wandler umgewandelt, oder es wird durch einen
Komparator in einen Binärwert
zum Eingeben in das Mittel 11 zum Umformen des analytischen
Signals verändert.
Allerdings wird ein zu messendes Eingabesignal in das in 40b gezeigte Mittel zur Umformung des analytischen
Signals eingegeben, ohne in ein digitales Signal umgewandelt zu
werden. Außerdem
können
ein Eingabesignal des Phasenrausch-Erfassungsmittels 61,
d. h. ein Eingabesignal des Mittels 11 zum Umformen des
analytischen Signals ein durch Frequenzteilung eines Eingabesignals
(eines Signals, dessen Jitter gemessen werden soll) durch einen
Frequenzteiler erzeugtes Signal oder ein durch Frequenzumsetzung
eines Eingabesignals durch einen Frequenzwandler erzeugtes Signal
sein.At each of the in 82 . 88 and 91 shown embodiments may be one of the various in 91 . 40b . 67 and 69 shown means for reshaping the analytical signal as a means 11 be used to transform the analytical signal. Moreover, these embodiments are not limited to the use of an AD converter for converting an input signal to a digital signal, but instead a comparator may be used instead of the AD converter. That is, in general, an input signal to be measured is converted into a digital signal by an AD converter, or it is converted by a comparator into a binary value for inputting to the means 11 changed to transform the analytical signal. However, an input signal to be measured becomes the in 40b shown means for transforming the analytical signal input without being converted into a digital signal. In addition, an input signal of the phase noise detection means 61 ie an input signal of the means 11 for reforming the analytical signal, a signal generated by frequency dividing an input signal (a signal whose jitter is to be measured) by a frequency divider, or a signal generated by frequency conversion of an input signal by a frequency converter.
Bislang
sind im wesentlichen Messungen des Jitters eines zu messenden Signals
beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch für Jittermessungen
von diversen Signalen wie bei der Telekommunikation verwendeten
Datensignalen, einem wiederkehrenden Videosignal wie etwa einem
Fernsehsignal oder dergleichen zu verwenden.So far
are essentially measurements of the jitter of a signal to be measured
been described. However, the present invention is for jitter measurements
of various signals as used in telecommunications
Data signals, a recurring video signal such as a
TV signal or the like to use.
Die
vorliegende Erfindung ist zwar mit Bezug auf die bevorzugte Ausgestaltung
als Beispiel beschrieben worden, Fachleuten ist jedoch offensichtlich,
daß diverse
Abwandlungen, Änderungen
und/oder kleinere Verbesserungen der oben beschriebenen Ausgestaltung
durchgeführt
werden können,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So versteht
sich, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Ausgestaltung beschränkt ist,
sondern alle Änderungen,
Abwandlungen und/oder kleineren Verbesserungen umfassen soll, die
in den Rahmen der Erfindung, wie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert,
fallen.The
While the present invention is with reference to the preferred embodiment
has been described as an example, but it is obvious to those skilled in the art
that diverse
Modifications, changes
and / or minor improvements to the above-described embodiment
carried out
can be
without departing from the scope of the present invention. So understand
that the
present invention is not limited to the illustrated embodiment,
but all changes,
Modifications and / or minor improvements should include
within the scope of the invention as defined in the following claims,
fall.
Im
folgenden sind die oben erwähnten
Literaturhinweise c1 bis c18 aufgelistet.
- [c1]: Alan V.
Oppenheim, Alan S. Willsky and Ian T. Young, Signals and Systems,
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